基于SLAF-seq的青稞黑粒基因的挖掘及候选基因的功能验证
发布时间：2021-12-09 04:27
青稞（Hordeum vulgare L.var.nudum,2n=14）为禾本科大麦属作物,因籽粒与颖壳分离,又称为裸大麦。青稞是我国藏族同胞的主要口粮,在海拔4200米以上的高寒地带,是唯一能正常成熟的谷物。大量研究表明,青稞具有“三高两低”（高蛋白、高纤维、高维生素和低脂肪、低糖）的特点,是一种营养保健型谷物。与白粒青稞相比,因黑粒青稞富含花青素、酚类化合物、人体必需氨基酸和微量元素等营养保健成分,越来越受到人们的关注。本研究通过简化基因组测序技术（SLAF-seq）构建了青稞高密度遗传连锁图谱,对青稞的黑粒基因进行了初步定位,根据与大麦参考基因组的比对的注释和转录组测序结果对黑粒候选基因进行了预测、克隆及功能预测。此外,研究了候选基因Hvt GT与Hvt HID在不同粒色青稞籽粒成熟后期及在黑色籽粒形成早、中、晚的表达模式。初步揭示了Hvt GT与Hvt HID在粒色形成过程中的色素沉积的竞争关系,为青稞籽粒颜色的形成及调控机理的研究提供初步线索。具体研究结果如下:1.青稞黑粒基因的定位与候选基因挖掘:以黑粒青稞“昆仑17”为母本,白粒青稞“白91-97-3”为父本构建F2群体...
【文章来源】：青海大学青海省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
花色素母体结构的基本骨架[30]
3图1.2花色素的基本类型图[30]Fig.1.2BasictypediagramofAnthocyanidin[30]1.3.2花青素的生物学功能花青素的生物学功能一直是科学家关注的热点。花青素构成植物生活史的重要一部分，帮助虫媒植物吸引昆虫进行传粉完成生活史[31]。花青素由于其结构上的特征，可以保护植物免受一些逆境胁迫所产生的活性氧的伤害，以及一些过渡金属的毒害和UV-B对植物的损害[21,29,32]。研究表明，由于花青素独特的分子结构，其在植物和动物体发挥着清除细胞中的自由基，结合重金属如铁、铜的功效[32-34]。此外，食品中的花青素可以延缓人体器官的衰老病变，增强人体的免疫力[35-36]。此外，花青素还在抵制病原微生物以及虫害的侵袭和有益微生物与植物共生等方面起着重要的作用[37-38]。富含类黄酮和植物黑素等色素的植物，对生物和非生物胁迫有更强的抵抗力[39-40]。在黄瓜幼苗中，原花青素有助于抵抗高辐照度、渗透压和低温[41]。大麦籽粒变色可其增强抗镰刀菌枯萎病的能力[42]，黑杨叶片中存在的芳香族化合物是吸引食草性动物天敌的诱导剂，为植物降低食草性伤害提供机械保护[43]。丰富的花青素和酚类有助于黑香稻保护植物免受水稻病虫害[44]。据报道，黑粒大麦对网斑病有着较强的抗性[45]。1.4花青素合成及调控基因目前，花青素的合成途径已经研究地比较清楚，其为类黄酮代谢的最终产
5进行调控[60,64-66]。图1.3花青素合成及调控示意图[18,30,38,44-66]Fig.1.3Schematicdiagramofanthocyaninsynthesisandregulation[18,30,38,44-66]对花青素合成及调控基因进行归类，主要分三类：第一类是结构基因，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL），查尔酮合成酶（CHS），查尔酮异构酶（CHI），黄烷酮3-羟化酶（F3H），黄酮3"-羟化酶（F3"H），类黄酮3"5"-羟化酶（F3"5"H），二氢黄酮醇-4-还原酶（DFR），花青素还原酶（ANR），黄酮醇合成酶（FLS），花青素合成酶（ANS）等；第二类是转录因子基因，包括R2R3-MYB，WD40和MYC家族的bHLH等；第三类是转运子基因，包括谷胱甘肽转移酶（GST）或者多药和有毒化合物输出蛋白家族（MATE）。1.5花青素调控基因与有色大麦（青稞）的形成1.5.1花青素（Anthocyanins）产生途径前人对花青素产生途径的研究已经十分清晰，莽草酸途径产物苯丙氨酸在多种酶和转录因子的参与下合成了花青素[18,30,38,44-66]。紫粒、蓝粒、红粒大麦的形成主要是由此途径产生的。研究表明，在大麦籽粒中花青素积累在糊粉层就形成了蓝粒大麦[19]，花青素积累在籽粒的颖，颖片中形成了紫粒、红粒大麦[15,18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑粒青稞HvtUF3GT基因的克隆与表达分析[J]. 苏乐平,姚晓华,安立昆,吴昆仑,迟德钊. 西北植物学报. 2019(10)
[2]大豆Abhydrolase3基因家族进化分析[J]. 王娇,张培培,程浩,喻德跃. 大豆科学. 2017(06)
[3]花生花青素合成相关基因的表达与种皮颜色关系[J]. 李海芬,邱金梅,陈小平,洪彦彬,梁炫强. 中国油料作物学报. 2017(05)
[4]不同粒色青稞酚类化合物含量与抗氧化活性的差异及评价[J]. 杨希娟,党斌,徐菲,樊明涛. 中国粮油学报. 2017(09)
[5]不同粒色青稞营养品质与抗氧化活性物质差异性分析[J]. 张帅,吴昆仑,姚晓华,迟德钊. 青海大学学报. 2017(02)
[6]黄酮类化合物合成途径及合成生物学研究进展[J]. 邹丽秋,王彩霞,匡雪君,李滢,孙超. 中国中药杂志. 2016(22)
[7]花色苷对慢性疾病营养干预分子机制的研究进展[J]. 白卫滨,朱翠娟,胡云峰,焦睿,吴实,孙建霞. 食品与生物技术学报. 2016(10)
[8]不同青稞品种的营养品质评价[J]. 徐菲,党斌,杨希娟,吴昆仑,迟德钊. 麦类作物学报. 2016(09)
[9]天然药物中植物雌激素样化学成分的研究进展[J]. 袁婷婷,张乃丹,何勇静,李媚,许红涛,张巧艳. 中国中药杂志. 2014(23)
[10]植物花青素合成代谢途径及其分子调控[J]. 贾赵东,马佩勇,边小峰,杨清,郭小丁,谢一芝. 西北植物学报. 2014(07)
博士论文
[1]小麦中调控胚芽鞘与籽粒花青素合成相关基因的筛选及其功能研究[D]. 蒋文慧.西北农林科技大学 2018
[2]大黄油菜粒色性状候选基因的定位克隆及功能分析[D]. 王艳花.青海大学 2017
[3]短波长光质诱导津田芜菁花青素合成相关基因差异表达机制研究[D]. 王宇.东北林业大学 2013
[4]黑莓花青素苷、原花色素的合成代谢及相关基因克隆和表达研究[D]. 陈清.四川农业大学 2012
硕士论文
[1]紫山药花青素合成积累相关基因分子特征分析[D]. 闫瑞霞.南京农业大学 2014
[2]甘薯花青素合成途径基因表达差异的研究[D]. 石晓芳.西南大学 2013
[3]彩色玉米籽粒中参与花青素合成基因的表达分析[D]. 亓燕红.山东农业大学 2011
本文编号：3529919
【文章来源】：青海大学青海省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
花色素母体结构的基本骨架[30]
3图1.2花色素的基本类型图[30]Fig.1.2BasictypediagramofAnthocyanidin[30]1.3.2花青素的生物学功能花青素的生物学功能一直是科学家关注的热点。花青素构成植物生活史的重要一部分，帮助虫媒植物吸引昆虫进行传粉完成生活史[31]。花青素由于其结构上的特征，可以保护植物免受一些逆境胁迫所产生的活性氧的伤害，以及一些过渡金属的毒害和UV-B对植物的损害[21,29,32]。研究表明，由于花青素独特的分子结构，其在植物和动物体发挥着清除细胞中的自由基，结合重金属如铁、铜的功效[32-34]。此外，食品中的花青素可以延缓人体器官的衰老病变，增强人体的免疫力[35-36]。此外，花青素还在抵制病原微生物以及虫害的侵袭和有益微生物与植物共生等方面起着重要的作用[37-38]。富含类黄酮和植物黑素等色素的植物，对生物和非生物胁迫有更强的抵抗力[39-40]。在黄瓜幼苗中，原花青素有助于抵抗高辐照度、渗透压和低温[41]。大麦籽粒变色可其增强抗镰刀菌枯萎病的能力[42]，黑杨叶片中存在的芳香族化合物是吸引食草性动物天敌的诱导剂，为植物降低食草性伤害提供机械保护[43]。丰富的花青素和酚类有助于黑香稻保护植物免受水稻病虫害[44]。据报道，黑粒大麦对网斑病有着较强的抗性[45]。1.4花青素合成及调控基因目前，花青素的合成途径已经研究地比较清楚，其为类黄酮代谢的最终产
5进行调控[60,64-66]。图1.3花青素合成及调控示意图[18,30,38,44-66]Fig.1.3Schematicdiagramofanthocyaninsynthesisandregulation[18,30,38,44-66]对花青素合成及调控基因进行归类，主要分三类：第一类是结构基因，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL），查尔酮合成酶（CHS），查尔酮异构酶（CHI），黄烷酮3-羟化酶（F3H），黄酮3"-羟化酶（F3"H），类黄酮3"5"-羟化酶（F3"5"H），二氢黄酮醇-4-还原酶（DFR），花青素还原酶（ANR），黄酮醇合成酶（FLS），花青素合成酶（ANS）等；第二类是转录因子基因，包括R2R3-MYB，WD40和MYC家族的bHLH等；第三类是转运子基因，包括谷胱甘肽转移酶（GST）或者多药和有毒化合物输出蛋白家族（MATE）。1.5花青素调控基因与有色大麦（青稞）的形成1.5.1花青素（Anthocyanins）产生途径前人对花青素产生途径的研究已经十分清晰，莽草酸途径产物苯丙氨酸在多种酶和转录因子的参与下合成了花青素[18,30,38,44-66]。紫粒、蓝粒、红粒大麦的形成主要是由此途径产生的。研究表明，在大麦籽粒中花青素积累在糊粉层就形成了蓝粒大麦[19]，花青素积累在籽粒的颖，颖片中形成了紫粒、红粒大麦[15,18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑粒青稞HvtUF3GT基因的克隆与表达分析[J]. 苏乐平,姚晓华,安立昆,吴昆仑,迟德钊. 西北植物学报. 2019(10)
[2]大豆Abhydrolase3基因家族进化分析[J]. 王娇,张培培,程浩,喻德跃. 大豆科学. 2017(06)
[3]花生花青素合成相关基因的表达与种皮颜色关系[J]. 李海芬,邱金梅,陈小平,洪彦彬,梁炫强. 中国油料作物学报. 2017(05)
[4]不同粒色青稞酚类化合物含量与抗氧化活性的差异及评价[J]. 杨希娟,党斌,徐菲,樊明涛. 中国粮油学报. 2017(09)
[5]不同粒色青稞营养品质与抗氧化活性物质差异性分析[J]. 张帅,吴昆仑,姚晓华,迟德钊. 青海大学学报. 2017(02)
[6]黄酮类化合物合成途径及合成生物学研究进展[J]. 邹丽秋,王彩霞,匡雪君,李滢,孙超. 中国中药杂志. 2016(22)
[7]花色苷对慢性疾病营养干预分子机制的研究进展[J]. 白卫滨,朱翠娟,胡云峰,焦睿,吴实,孙建霞. 食品与生物技术学报. 2016(10)
[8]不同青稞品种的营养品质评价[J]. 徐菲,党斌,杨希娟,吴昆仑,迟德钊. 麦类作物学报. 2016(09)
[9]天然药物中植物雌激素样化学成分的研究进展[J]. 袁婷婷,张乃丹,何勇静,李媚,许红涛,张巧艳. 中国中药杂志. 2014(23)
[10]植物花青素合成代谢途径及其分子调控[J]. 贾赵东,马佩勇,边小峰,杨清,郭小丁,谢一芝. 西北植物学报. 2014(07)
博士论文
[1]小麦中调控胚芽鞘与籽粒花青素合成相关基因的筛选及其功能研究[D]. 蒋文慧.西北农林科技大学 2018
[2]大黄油菜粒色性状候选基因的定位克隆及功能分析[D]. 王艳花.青海大学 2017
[3]短波长光质诱导津田芜菁花青素合成相关基因差异表达机制研究[D]. 王宇.东北林业大学 2013
[4]黑莓花青素苷、原花色素的合成代谢及相关基因克隆和表达研究[D]. 陈清.四川农业大学 2012
硕士论文
[1]紫山药花青素合成积累相关基因分子特征分析[D]. 闫瑞霞.南京农业大学 2014
[2]甘薯花青素合成途径基因表达差异的研究[D]. 石晓芳.西南大学 2013
[3]彩色玉米籽粒中参与花青素合成基因的表达分析[D]. 亓燕红.山东农业大学 2011
本文编号：3529919
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