二穗短柄草对低钙胁迫的响应及其谷氨酸受体家族基因鉴定和功能分析

发布时间：2017-08-18 06:46

  本文关键词：二穗短柄草对低钙胁迫的响应及其谷氨酸受体家族基因鉴定和功能分析

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【摘要】：Ca~(2+)是植物体内的重要营养元素之一,但生态学证据表明土壤和淡水中植物可以利用的钙含量呈逐年下降趋势,已经间接影响到动物体内Ca含量。二穗短柄草(Brachypodium distachyon)在2011年基因组测序工作完成之后作为新型禾本科模式植物开始被深入研究。为了探寻低钙环境对二穗短柄草生理及分子水平的影响,我们对二穗短柄草Bd21进行低钙处理,分析其表型、元素吸收及细胞亚显微结构的变化,同时分析其低钙胁迫后转录水平的基因表达的变化。表达谱芯片分析显示拟南芥注释的AtGLR2.8基因表达量有很大上升。谷氨酸(Glu)是通过膜上谷氨酸受体(GLRs)介导神经元之间交流的主要神经递质,哺乳动物谷氨酸受体被分为两个家族：离子型谷氨酸受体(iGLuRs)和代谢型谷氨酸受体(mGLuRs)。前人通过生理学、药理学和遗传学证据证实拟南芥和水稻也存在类似动物的这种特殊的信号转导机制。本研究中我们也试图探讨在二穗短柄草中是否也存在这样的机制。通过生物信息学分析,发现在二穗短柄草基因组中存在19个谷氨酸受体基因,该基因具有保守的氨基酸结合位点和膜结构域,与动物离子型谷氨酸受体(iGLuRs)和拟南芥AtGLRs结构类似。二穗短柄草谷氨酸受体基因(BdGLRs)可分为三个亚类。同时我们对BdGLRs基因表达的组织特异性进行了半定量RT-PCR分析,发现绝大多数BdGLRs在根、茎、叶中表达,但不同的BdGLRs在各组织表达量有所不同。在二穗短柄草根细胞,Glu可以诱导Ca~(2+)的内流和调节根结构,说明在二穗短柄草中也存在对Glu的响应这一机制。
【关键词】：二穗短柄草 低钙胁迫 表型 谷氨酸受体
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符号说明8-12
• 一 引言12-29
• 1.1 植物细胞内钙的分布12-14
• 1.1.1 钙离子内流12-13
• 1.1.2 钙离子外流13-14
• 1.2 非选择性离子通道14-20
• 1.2.1 拟南芥CNGC阳离子通道的结构与功能15-16
• 1.2.2 谷氨酸受体钙离子通道16-20
• 1.3 谷氨酸对植物根的影响20-22
• 1.3.1 植物根对Glu敏感反应的环境因素21-22
• 1.3.2 控制植物根对Glu敏感的遗传基础22
• 1.4 禾本科模式植物二穗短柄草研究进展22-29
• 1.4.1 二穗短柄草遗传转化研究23-24
• 1.4.2 二穗短柄草抗逆性研究24-26
• 1.4.3 二穗短柄草发育生物学研究26-27
• 1.4.4 二穗短柄草功能基因的研究27-28
• 1.4.5 二穗短柄草其他方面的研究进展28-29
• 二 材料与方法29-41
• 2.1 实验材料29-31
• 2.1.1 植物材料29
• 2.1.2 主要试剂29
• 2.1.3 主要溶液配制方法29-31
• 2.2 实验方法31-41
• 2.2.1 二穗短柄草不同浓度钙处理表型分析31
• 2.2.2 二穗短柄草无钙处理表型分析31-32
• 2.2.3 二穗短柄草低钙处理细胞结构的电镜观察32
• 2.2.4 二穗短柄草低钙处理钙原子吸收测定32-33
• 2.2.5 二穗短柄草低钙处理ICP原子吸收测定33
• 2.2.6 表达谱芯片分析33-38
• 2.2.7 二穗短柄草的cDNA的制备及半定量RT-PCR38
• 2.2.8 Glu诱导的植物Ca~(2+)向细胞质内流动38
• 2.2.9 序列分析及构建系统发育树38-39
• 2.2.10 BdGLRs基因的确定及序列分析39-40
• 2.2.11 二穗短柄草不同浓度Glu及Gln处理表型分析40-41
• 三 结果与分析41-62
• 3.1 二穗短柄草水培体系的建立41-42
• 3.2 二穗短柄草在低钙条件下表型分析42-44
• 3.2.1 低钙对二穗短柄草根表型的影响43
• 3.2.2 不同低钙处理时间对二穗短柄草钙原子吸收的影响43-44
• 3.3 低钙处理对二穗短柄草几种重要元素吸收的影响44-45
• 3.4 低钙处理对二穗短柄草亚细胞结构的影响45-46
• 3.5 低温对低钙处理二穗短柄草的影响46-48
• 3.6 二穗短柄草低Ca胁迫的表达谱芯片数据分析48-52
• 3.6.1 低Ca处理诱导的下调基因主要与细胞壁生物合成途径相关48-49
• 3.6.2 低Ca处理诱导的上调基因主要与胁迫响应相关49-50
• 3.6.3 低钙处理引起Ca相关、低Ca调节受体、激酶以及磷酸化酶相关基因表达变化50-52
• 3.7 二穗短柄草谷氨酸受体GLR的生物信息学分析52-57
• 3.7.1 用邻接法构建系统发生树并分析二穗短柄草有19个离子型谷氨酸受体基因形成三个进化枝52-54
• 3.7.2 根据氨基酸序列对BdGLRs的功能进行预测分析54-57
• 3.8 二穗短柄草谷氨酸受体基因表达的组织特异性57-58
• 3.9 Glu介导的二穗短柄草根细胞钙内流58-59
• 3.10 Glu对二穗短柄草根形态建成的影响59-62
• 四 结论与讨论62-64
• 参考文献64-73
• 致谢73

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本文编号：693179