茄子HSFs和HSPs基因鉴定及其在高温下的表达模式分析

发布时间：2017-06-10 15:22

  本文关键词：茄子HSFs和HSPs基因鉴定及其在高温下的表达模式分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热激蛋白(Heat shock proteins,Hsps)和热激转录因子(heat shock factors,Hsfs)普遍存在于各种植物中,它们对植物生长和防御非生物胁迫起着至关重要的作用。茄子(Solanum melongema L.)是茄科茄属重要的蔬菜作物,产量和质量极易受到不良环境的影响,如高温、水涝,从而导致减产。目前,关于茄子Hsf和Hsp基因家族相关研究还未见报道,因此对其进行相关分子生物学研究,以揭示Hsf和Hsp的生物学功能具有重要意义。本研究利用生物信息学方法对Hsf和Hsp基因家族成员在茄子基因组水平上搜索鉴定,并对其分类、系统进化关系、蛋白基序、外显子-内含子结构等进行分析;并结合转录组测序全面分析了在高温胁迫(42℃6h)下茄子热敏品系05-1和耐热品系05-4中Hsf和Hsp的基因表达。通过GeNorm、Normfinder和BestKeeper 3种软件分析茄子9个候选内参基因的表达稳定性,确定了定量分析相关基因表达的最佳内参基因;利用实时荧光定量技术研究了部分茄子Hsf和Hsp基因在高温胁迫(42℃6h)下的表达情况。为明确茄子Hsf和Hsp的功能及在抗高温过程中分子机制奠定基础。本研究获得主要结果如下:1.从茄子基因组中鉴定得到24个Hsf和174个Hsp(39个sHsp,57个Hsp40,21个Hsp60,30个Hsp70,17个Hsp90和10个Hsp100)。基于生物信息学和进化分析,Hsf家族基因可划3个亚类,sHsp分为10个亚类,Hsp40分为3个亚类,Hsp60、Hsp70、Hsp90和Hsp100各分为4个亚类。2.通过对茄子、拟南芥、番茄三个物种的Hsf和Hsp基因进化树分析表明茄子Hsf和Hsp基因在进化关系上和番茄的亲缘关系更近一些,表明它们拥有一个共同的祖先。此外,在三个物种中还发现84对直系同源基因和17对旁系同源基因。3.茄子Hsf和Hsp家族基因的蛋白基序分析表明,保守基序在各家族基因之间均存在缺失,无一包含全部的基序。外显子-内含子结构分析表明,茄子Hsf和Hsp各家族基因成员所含内含子和外显子的数目也存在很大差异,内含子长度的不同可能造成茄子Hsf和Hsp基因功能的多样性。4.利用RNA-Seq技术分析了热敏品系05-1和耐热品系05-4热处理前后基因表达谱,获得差异表达基因。GO和Pathway显著性富集分析表明,茄子热胁迫响应基因主要参与代谢途径、激素信号转导和内质网蛋白加工等过程。其中内质网蛋白加工通路中发现许多热激蛋白如sHsp、Hsp40、Hsp70和Hsp90的富集。借助转录组测序全面分析了在高温胁迫(42℃6h)下茄子Hsf和Hsp基因家族成员的表达谱,结果表明,茄子Hsf和Hsp在两个品系中具有类似的表达模式,大多数Hsf和Hsp家族成员参与茄子苗期对高温的响应。5.利用实时荧光定量技术,对来源于RNA-Seq转录组数据库的茄子候选内参基因SmEF1a、SmEF2、SmCK1、Sm TRX、Sm40sRNA、Sm60sRNA、SmDAHPSI和SmUCP的表达进行分析,以SmActin为对照,发现SmEF1a在05-4和05-1品系42℃持续处理24h时叶片中的表达最为稳定,其次是SmUCP内参基因;在05-4和05-1品系42℃处理6h的不同组织(根、茎、叶)中,表达最稳定的内参基因是SmEF1a,其次是Sm60sRNA。6.利用Q-PCR技术研究了SmHsfA1b、Sm17.9B-sHsp、Sm26.4-sHsp、SmcpHsc70-2、SmHsp90-7.2基因在连续高温下的表达情况,结果表明,高温处理能快速诱导茄子SmHsfA1b、Sm17.9B-sHsp、Sm26.4-sHsp、SmcpHsc70-2和SmHsp90-7.2基因的表达,在热敏品系05-1和耐热品系05-4中表达规律类似,并且在持续热处理的大部分时期内耐热品系中的表达量更高,说明它们很可能参与高温胁迫条件下对下游基因的表达与调控。此外,它们在不同器官中表达强弱也不同,说明其参与茄子高温处理前后根、茎、叶的生长发育等过程,并且其发挥作用时还与其调控的部位有关。综合以上结果,初步确定这5个基因可能为茄子耐热相关基因。
【关键词】：茄子 高温胁迫 热激转录因子 热激蛋白 转录组测序 内参基因 基因表达
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S641.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 1 前言13-33
• 1.1 植物对高温胁迫的响应13-17
• 1.1.1 植物对高温响应的形态和生理学基础13-15
• 1.1.2 植物对高温响应的分子生物学基础15-17
• 1.2 植物热激转录因子研究进展17-22
• 1.2.1 植物热激转录因子的基本结构18
• 1.2.2 植物热激转录因子的分类和多样性18-19
• 1.2.3 植物热激转录因子的功能19-22
• 1.2.4 热激转录因子活性的调节22
• 1.3 植物热激蛋白研究进展22-30
• 1.3.1 热激蛋白的发现23
• 1.3.2 热激蛋白的种类和定位23-27
• 1.3.3 热激蛋白的特点27-28
• 1.3.4 热激蛋白的主要功能28-30
• 1.3.5 热激蛋白的表达调控30
• 1.4 茄子耐热研究进展30-31
• 1.5 转录组学在植物抗热方面的研究进展31-32
• 1.6 本研究的目的和意义32-33
• 2 材料与方法33-45
• 2.1 试验主要试剂和仪器33-34
• 2.1.1 试验主要试剂33-34
• 2.1.2 试验主要仪器34
• 2.2 试验方法34-45
• 2.2.1 茄子Hsf和Hsp基因家族鉴定及生物信息学分析34-35
• 2.2.2 茄子耐热品系 05-4 和热敏品系 05-1 在高温胁迫下的转录组分析35-41
• 2.2.3 茄子最佳内参基因的筛选41-44
• 2.2.4 茄子部分Hsf和Hsp在高温胁迫下的表达模式分析44-45
• 3 结果与分析45-65
• 3.1 茄子Hsf和Hsp基因家族鉴定与生物信息学分析45-50
• 3.1.1 茄子Hsf和Hsp基因家族的鉴定45
• 3.1.2 茄子Hsf和Hsp家族基因的基本理化性质45-46
• 3.1.3 茄子Hsf和Hsp基因家族的进化分析46-48
• 3.1.4 鉴别直系同源基因和旁系同源基因48
• 3.1.5 茄子Hsf和Hsp基因家族的基因结构分析48-49
• 3.1.6 茄子Hsf和Hsp基因家族的保守基序分析49-50
• 3.2 茄子Hsf和Hsp苗期叶片热胁迫转录表达谱分析50-58
• 3.2.1 RNA样品制备50
• 3.2.2 RNA-Seq数据比对统计50-51
• 3.2.3 RNA-Seq样品RNA的测序质量评估51
• 3.2.4 样本差异表达基因统计51-52
• 3.2.5 差异表达基因的GO功能分类52
• 3.2.6 差异表达基因的Pathway显著性富集分析52-54
• 3.2.7 内质网蛋白加工通路54-55
• 3.2.8 茄子Hsf和Hsp基因家族的表达谱分析55-58
• 3.2.9 转录组表达谱Q-PCR验证58
• 3.3 茄子实时荧光定量PCR内参基因的选择58-62
• 3.3.1 茄子内参基因的普通PCR分析58-59
• 3.3.2 茄子内参基因的荧光定量PCR分析59-60
• 3.3.3 内参基因的表达稳定性评价60-62
• 3.4 茄子部分Hsf和Hsp家族成员表达特性分析62-65
• 3.4.1 茄子部分Hsf和Hsp家族成员在持续高温胁迫下的表达62-63
• 3.4.2 茄子部分Hsf和Hsp家族成员在高温胁迫下不同组织中的表达63-65
• 4 讨论65-75
• 4.1 茄子中的Hsf和Hsp基因、系统进化和结构性质65-67
• 4.2 茄子响应高温胁迫的转录组表达谱分析67-68
• 4.3 Hsf和Hsp参与茄子对高温的响应68-69
• 4.4 茄子Q-PCR内参基因的筛选69-70
• 4.5 茄子Hsf和Hsp家族基因在高温胁迫下的表达模式70-75
• 4.5.1 茄子Hsf家族基因在高温下的表达模式分析70-71
• 4.5.2 茄子s Hsp家族基因在高温下的表达模式分析71
• 4.5.3 茄子Hsp40家族基因在高温下的表达模式分析71-72
• 4.5.4 茄子Hsp60家族基因在高温下的表达模式分析72
• 4.5.5 茄子Hsp70家族基因在高温下的表达模式分析72-73
• 4.5.6 茄子Hsp90家族基因在高温下的表达模式分析73-74
• 4.5.7 茄子Hsp100家族基因在高温下的表达模式分析74-75
• 5 结论75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-96
• 附录A 攻读硕士期间发表文章情况96-97
• 附录B 茄子Hsf和Hsp家族基因的基本理化性质97-103
• 附录C 茄子Hsf、sHsp、Hsp40、Hsp60、Hsp70、Hsp90、Hsp100系统进化树103-107
• 附录D 茄子Hsf、sHsp、Hsp40、Hsp60、Hsp70、Hsp90、Hsp100蛋白基序和基因结构分析107-109

【参考文献】

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本文编号：439007