玉米糖转运蛋白基因的鉴定、系统发育和表达分析
发布时间：2021-03-21 11:33
玉米（Zea mays L.）是当今世界最重要的粮食作物和饲料作物之一,也是目前全世界产量最高的农作物。玉米生长发育所需的能源来自于光合作用产生的碳水化合物。碳水化合物以糖（包括蔗糖、单糖和糖醇）的形式转运到玉米根、种子和花等异养组织以供着这些组织的生长发育,也能作为信号分子和渗透调节物在响应非生物胁迫中起作用。糖转运蛋白是玉米体内糖分子转运的功能蛋白,目前关于玉米糖转运蛋白基因功能的研究较少,探索玉米糖转运蛋白基因家族的演化规律和基因功能,对玉米品质的分子改良和调控生物量的积累具有理论指导意义。本研究通过利用植物拟南芥各糖转运蛋白基因家族的保守结构域进行玉米基因组数据库BLASTP分析,检索了玉米全基因组的糖转运蛋白;通过对各基因家族的序列特性、系统演化和表达模式与功能特性的初步研究,为玉米糖转运蛋白的功能的深入研究提供基础,同时为玉米分子育种与糖性状的调控提供理论依据和基因资源。主要结果如下:1.通过BLASTP同源比对分析,在玉米全基因组中共鉴定了97个糖转运蛋白基因,与其他物种一样分属于MFS和MtN3slv两个超家族。根据序列特征和物种内的基因聚类可分为...
【文章来源】：四川农业大学四川省 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“源”组织韧皮部装载的3种模式（引自张懿等.，2015）
四川农业大学硕士学位论文5白。除了为植物发育提供碳水化合物外，糖转运蛋白在植物的非生物胁迫、抗逆境生理以及与微生物的互生等方面都有重要的作用。图1.2“库”组织韧皮部卸载的3种方式（引自张懿等，2015）Fig.1.2Threewaysof"sink"organizationphloemunloading(A)共质体卸载(B)SUT参与的质外体卸载(C)CWI参与的质外体卸载PPC：韧皮部薄壁细胞；CC：伴胞；SE：筛管分子；SC：库细胞(A)Symplasmicunloading(B)SUT-involvedapoplasmicunloading(C)CWI-assistedapoplasmicunloading.PPC:Phloemparenchymacell;CC:Companioncell;SE:Sieveelements;SC:Sinkcell1.3植物糖转运蛋白研究进展对植物糖转运蛋白的研究起始于上世纪90年代，在过去的二十多年中，已经鉴定了许多编码糖转运蛋白的基因，并通过在异源系统中功能性验证，研究其空间和时间表达，进而探究其功能。糖转运蛋白的组织或细胞特异性表达表明它们的特定生物学功能，如韧皮部装载和卸载，花粉发育和发芽以及病原体相互作用[26]。就目前的研究来看，植物糖转运蛋白为三个大类：蔗糖转运蛋白家族（SUT/SUC）、单糖转运蛋白家族（MST）和SWEET蛋白家族。在研究的许多植物中都发现了这些家族的成员，在拟南芥中一共鉴定到79个糖转运蛋白，分别有9个SUC蛋白[26]、53个MST蛋白[27]、17个SWEET蛋白。水稻中鉴定到91个糖转运蛋白，分别包括5个SUT蛋白[28]、65个MST蛋白[29]和21个SWEET蛋白[30]。
四川农业大学硕士学位论文61.3.1蔗糖转运蛋白（SUT）蔗糖是植物光合过程的主要产物，也是大多数植物体内优先选择的碳水化合物转运形式，从蔗糖在植物体的长距离运输过程可以看出，蔗糖转运蛋白发挥着不可替代的作用。蔗糖转运蛋白广泛的存在于动物、植物以及酵母中。1.3.1.1蔗糖转运蛋白的结构蔗糖转运蛋白都是跨膜蛋白，它们可以跨细胞膜、液泡膜、线粒体膜等质体膜，是一种DST（Disaccharidetransporter，二糖转运蛋白），属于MFS超家族（MajorFacilitatorSuperfamily）中的GPH（glycoside-pentoside-hexuronide）阳离子家族的成员。MFS家族是一个超家族，其成员包含数百甚至上千个，包括12个大家族，覆盖糖、氨基酸和尿素等物质的转运[31]。氨基酸序列分析发现每个物种中SUT序列是高度保守的，都含有一个MFS_2（Pfam13347.6）结构域，长度为427个氨基酸（Aminoacid，aa）（图1.3A），所有的SUT具有MFS家族典型的12个保守跨膜结构域（Transmembranedomain，TMD）（图1.3B），这些TMDs由α-螺旋组成，由中间一个亲水胞质内环将N端6个TMDs和C端6个TMDs相连，形成6TMDs-6TMDs的结构，其N末端和C末端都位于胞质侧[32,33]。在双子叶植物和单子叶植物中鉴定的蔗糖转运蛋白具有较高同源性，其酵母融合表达表明它们都是流入载体，能共转运蔗糖和H+，并且它们对蔗糖的亲和力惊人地相似（0.2-2mM）[34]。图1.3SUT的结构域及二级结构模型（二级结构引自NorbertSauer等.，2007）Fig.1.3DomainandSecondaryStructuralmodelofSUT
【参考文献】：
期刊论文
[1]植物体内糖分子的长距离运输及其分子机制[J]. 张懿,张大兵,刘曼. 植物学报. 2015(01)
[2]苹果糖转运蛋白TMT基因的表达及其与糖积累的关系[J]. 马新立,秦源,魏晓钰,马锋旺,李明军. 园艺学报. 2014(07)
[3]A Transgenic Study on Affecting Potato Tuber Yield by Expressing the Rice Sucrose Transporter Genes OsSUT5Z and OsSUT2M[J]. Pieter B.F.Ouwerkerk. Journal of Integrative Plant Biology. 2011(07)
博士论文
[1]转录因子ZmMYB14、ZmNAC126参与玉米淀粉合成调控机制研究[D]. 肖前林.四川农业大学 2017
硕士论文
[1]甘蔗SWEET基因家族的演化与功能分析[D]. 胡伟长.福建农林大学 2017
[2]甘蔗糖转运蛋白超家族基因演化与表达分析[D]. 张清.福建农林大学 2016
[3]玉米蔗糖转运子基因ZmERD6的克隆和功能的初步分析[D]. 马小龙.河南农业大学 2009
本文编号：3092792
【文章来源】：四川农业大学四川省 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“源”组织韧皮部装载的3种模式（引自张懿等.，2015）
四川农业大学硕士学位论文5白。除了为植物发育提供碳水化合物外，糖转运蛋白在植物的非生物胁迫、抗逆境生理以及与微生物的互生等方面都有重要的作用。图1.2“库”组织韧皮部卸载的3种方式（引自张懿等，2015）Fig.1.2Threewaysof"sink"organizationphloemunloading(A)共质体卸载(B)SUT参与的质外体卸载(C)CWI参与的质外体卸载PPC：韧皮部薄壁细胞；CC：伴胞；SE：筛管分子；SC：库细胞(A)Symplasmicunloading(B)SUT-involvedapoplasmicunloading(C)CWI-assistedapoplasmicunloading.PPC:Phloemparenchymacell;CC:Companioncell;SE:Sieveelements;SC:Sinkcell1.3植物糖转运蛋白研究进展对植物糖转运蛋白的研究起始于上世纪90年代，在过去的二十多年中，已经鉴定了许多编码糖转运蛋白的基因，并通过在异源系统中功能性验证，研究其空间和时间表达，进而探究其功能。糖转运蛋白的组织或细胞特异性表达表明它们的特定生物学功能，如韧皮部装载和卸载，花粉发育和发芽以及病原体相互作用[26]。就目前的研究来看，植物糖转运蛋白为三个大类：蔗糖转运蛋白家族（SUT/SUC）、单糖转运蛋白家族（MST）和SWEET蛋白家族。在研究的许多植物中都发现了这些家族的成员，在拟南芥中一共鉴定到79个糖转运蛋白，分别有9个SUC蛋白[26]、53个MST蛋白[27]、17个SWEET蛋白。水稻中鉴定到91个糖转运蛋白，分别包括5个SUT蛋白[28]、65个MST蛋白[29]和21个SWEET蛋白[30]。
四川农业大学硕士学位论文61.3.1蔗糖转运蛋白（SUT）蔗糖是植物光合过程的主要产物，也是大多数植物体内优先选择的碳水化合物转运形式，从蔗糖在植物体的长距离运输过程可以看出，蔗糖转运蛋白发挥着不可替代的作用。蔗糖转运蛋白广泛的存在于动物、植物以及酵母中。1.3.1.1蔗糖转运蛋白的结构蔗糖转运蛋白都是跨膜蛋白，它们可以跨细胞膜、液泡膜、线粒体膜等质体膜，是一种DST（Disaccharidetransporter，二糖转运蛋白），属于MFS超家族（MajorFacilitatorSuperfamily）中的GPH（glycoside-pentoside-hexuronide）阳离子家族的成员。MFS家族是一个超家族，其成员包含数百甚至上千个，包括12个大家族，覆盖糖、氨基酸和尿素等物质的转运[31]。氨基酸序列分析发现每个物种中SUT序列是高度保守的，都含有一个MFS_2（Pfam13347.6）结构域，长度为427个氨基酸（Aminoacid，aa）（图1.3A），所有的SUT具有MFS家族典型的12个保守跨膜结构域（Transmembranedomain，TMD）（图1.3B），这些TMDs由α-螺旋组成，由中间一个亲水胞质内环将N端6个TMDs和C端6个TMDs相连，形成6TMDs-6TMDs的结构，其N末端和C末端都位于胞质侧[32,33]。在双子叶植物和单子叶植物中鉴定的蔗糖转运蛋白具有较高同源性，其酵母融合表达表明它们都是流入载体，能共转运蔗糖和H+，并且它们对蔗糖的亲和力惊人地相似（0.2-2mM）[34]。图1.3SUT的结构域及二级结构模型（二级结构引自NorbertSauer等.，2007）Fig.1.3DomainandSecondaryStructuralmodelofSUT
【参考文献】：
期刊论文
[1]植物体内糖分子的长距离运输及其分子机制[J]. 张懿,张大兵,刘曼. 植物学报. 2015(01)
[2]苹果糖转运蛋白TMT基因的表达及其与糖积累的关系[J]. 马新立,秦源,魏晓钰,马锋旺,李明军. 园艺学报. 2014(07)
[3]A Transgenic Study on Affecting Potato Tuber Yield by Expressing the Rice Sucrose Transporter Genes OsSUT5Z and OsSUT2M[J]. Pieter B.F.Ouwerkerk. Journal of Integrative Plant Biology. 2011(07)
博士论文
[1]转录因子ZmMYB14、ZmNAC126参与玉米淀粉合成调控机制研究[D]. 肖前林.四川农业大学 2017
硕士论文
[1]甘蔗SWEET基因家族的演化与功能分析[D]. 胡伟长.福建农林大学 2017
[2]甘蔗糖转运蛋白超家族基因演化与表达分析[D]. 张清.福建农林大学 2016
[3]玉米蔗糖转运子基因ZmERD6的克隆和功能的初步分析[D]. 马小龙.河南农业大学 2009
本文编号：3092792
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3092792.html
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