甘蔗MGT基因家族鉴定与缺镁胁迫的转录组动力学研究

发布时间：2021-04-25 21:57

　　甘蔗（Saccharum spp.）是最重要的糖料作物和能源作物,具有光合效率高、生物量高的特点,主要生长在热带及亚热带地区。在这两个地区,有将近1/3或1.7亿公顷土壤呈酸性,Mg²⁺与带负电荷的土壤胶体结合能力较弱,并且由于其独特的化学性质,使得可交换性的Mg²⁺从土壤中流失,从而造成甘蔗产区普遍缺镁。尽管缺镁对甘蔗产量影响研究已有报道,但是甘蔗响应镁饥饿（完全缺镁）胁迫的分子机制未见报道。本研究首先通过比较基因组学,从甘蔗割手密种中鉴定出10个镁离子转运子（Magnesium transporter,MGT）,然后进行系统发育演化分析,利用不同组织和发育时期的表达谱数据比较分析,最后通过沙门氏突变株MM281以及烟草GFP亚细胞定位验证MGT基因的功能。为进一步探究甘蔗响应缺镁胁迫分子机制,对三个甘蔗原始种高贵种、大茎野生种以及割手密种进行模拟缺镁处理,并对处理材料进行表型观察与生理生化分析以及转录组学分析,初步构建了甘蔗响应缺镁胁迫调控网络。主要研究结果如下:（1）通过比较基因组学手段,以水稻、玉米、拟南芥以及高粱的MGT作为参考序列... 

【文章来源】：福建农林大学福建省

【文章页数】：134 页

【学位级别】：硕士

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缩略词表
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1 甘蔗概述
        1.1 甘蔗生物特性及用途
        1.2 甘蔗属的分类和起源
        1.3 甘蔗属基因组研究进展
    2 镁营养
        2.1 镁元素化学性质
        2.2 植物与镁
    3 植物缺镁胁迫响应机制
    4 镁离子转运体（MGT）基因家族的分类与功能研究
    5 本研究目的及意义
第二章 甘蔗MGT家族的鉴定及演化分析
    1 实验材料
    2 实验方法
        2.1 甘蔗MGT基因家族鉴定与理化性质预测
        2.2 MGT基因家族系统演化分析与基因结构比较
    3 实验结果与分析
        3.1 甘蔗割手密种MRS2/MGT基因家族鉴定
        3.2 甘蔗割手密种MRS2/MGT基因家族选择压力分析
        3.3 不同物种之间MGTs演化分析
        3.4 甘蔗MGTs与其他物种MGTs基因结构分析
        3.5 MGT基因家族演化年限分析
    4 讨论
第三章 甘蔗MGT基因家族表达分析
    1 实验材料
        1.1 不同发育时期甘蔗叶片取样
        1.2 昼夜节律实验甘蔗材料
        1.3 不同发育时期甘蔗叶片取样
        1.4 赤霉素与脱落酸处理甘蔗后取样
    2 实验试剂与仪器
        2.1 实验试剂
        2.2 实验仪器
    3 实验方法
        3.1 不同生长时期不同组织RNA提取
        3.2 甘蔗RNA文库的构建
        3.3 甘蔗RNA-seq分析
        3.4 RT-qPCR验证甘蔗MGT基因家族表达量
    4 结果与分析
        4.1 MGT在割手密和高贵种各发育阶段组织表达模式分析
        4.2 激素处理下甘蔗MGTs表达模式分析
        4.3 甘蔗MGTs基因昼夜节律表达分析
        4.4 甘蔗MGTs在不同叶段发育梯度下的表达模式分析
        4.5 MGT基因转录组数据RT-qPCR验证
    5 讨论
第四章 甘蔗MGT基因功能验证
    1 实验材料试剂及仪器
        1.1 植物材料
        1.2 菌株与质粒
        1.3 酶及主要试剂
        1.4 主要仪器
        1.5 培养基
    2 实验方法
        2.1 甘蔗叶片总RNA提取
        2.2 c DNA合成
        2.3 甘蔗MGT基因cDNA克隆的引物设计
        2.4 甘蔗MGT基因cDNA的克隆
        2.5 PCR产物胶回收
        2.6 甘蔗MGT基因原核表达载体的构建
        2.7 使用Gateway构建GFP表达载体
        2.8 MM281 热激法感受态细胞的制备
        2.9 重组质粒转化（热激法）、阳性克隆的筛选与鉴定
        2.10 农杆菌GV3101 转化
        2.11 大肠杆菌质粒提取
        2.12 甘蔗MGT基因亚细胞定位分析
    3 结果与分析
        3.1 原核表达载体的构建
        3.2 甘蔗MGT功能互补MM281 细菌突变株
        3.3 甘蔗MGT基因亚细胞定位
    4 讨论
第五章 甘蔗镁饥饿转录组动力学分析
    1 实验材料
    2 实验试剂及仪器
        2.1 实验试剂
        2.2 实验仪器
    3 实验方法
        3.1 霍格兰（Hoagland）营养液配制
        3.2 镁胁迫处理实验设计
        3.3 净光合效率的测定
        3.4 叶绿素含量的检测
        3.5 木质素含量检测
        3.6 甘蔗样品RNA提取与文库构建
        3.7 转录组数据分析
    4 实验结果与分析
        4.1 不同镁浓度处理下3个甘蔗原始种表型鉴定
        4.2 不同镁浓度处理下甘蔗叶片生理生化分析
        4.3 各镁浓度处理下甘蔗根部木质素含量测定
        4.4 转录组测序与比对结果分析
        4.5 样品间相关性分析
        4.6 差异表达分析
        4.7 差异表达基因功能富集
        4.8 差异基因KEGG通路分析
        4.9 3个甘蔗种差异表达基因功能分析
        4.10 差异基因RT-qPCR验证
    5 讨论与小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录A
攻读硕士学位期间主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]转SoSUT5基因甘蔗的生长特性[J]. 王露蓉,黄婵,顾彩彩,宋奇琦,杨丽涛,邢永秀,农友业,李杨瑞.  南方农业学报. 2018(05)
[2]蛋白质亚细胞定位实验课程在细胞生物学实验教学中的应用[J]. 宋洁琼,包曙光,李鲁华,朱士锋,门淑珍.  中国细胞生物学学报. 2017(03)
[3]Magnesium deficiency in plants:An urgent problem[J]. Wanli Guo,Hussain Nazim,Zongsuo Liang,Dongfeng Yang.  The Crop Journal. 2016(02)
[4]甘蔗的起源和进化[J]. 杨翠凤,杨丽涛,李杨瑞.  南方农业学报. 2014(10)
[5]甘蔗栽培技术[J]. 陈见林.  农村实用技术. 2014(08)
[6]生物镁离子转运体研究进展[J]. 丛悦玺,骆东峰,陈坤明,蒋立希,郭万里.  农业生物技术学报. 2012(07)
[7]割手密种质资源研究进展[J]. 常丹,鄢家俊,白史且,梁绪振,干友民,李达旭,游明鸿,杨富裕,张蕴薇.  草业科学. 2011(04)
[8]我国甘蔗产业现状与发展趋势[J]. 刘海清.  中国热带农业. 2009(01)
[9]拟南芥AtMGT3基因转运功能研究[J]. 邓沛怡,田连福,陈键,栾升,李东屏.  生命科学研究. 2007(04)
[10]镁与植物[J]. 许涛,贺春宝.  山西农业. 2003(11)

博士论文
[1]PEG胁迫下的甘蔗RNA-Seq定量分析与差异表达基因鉴定[D]. 郭晋隆.福建农林大学 2013
[2]拟南芥AtMGT6的Mg2+转运功能研究[D]. 毛丹丹.湖南师范大学 2011

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



本文编号：3160164