几个莲花纤维素合酶基因功能的初步分析

发布时间：2017-08-24 11:14

  本文关键词：几个莲花纤维素合酶基因功能的初步分析

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【摘要】：纤维素具有很高的商业价值,纤维素合酶(Cellulose Synthase,CESA)是纤维素合成过程中最关键的酶。莲花中的纤维素含量丰富,其纤维丝具有复杂的结构和成分,它不止含有大量的纤维素,还含有很多半纤维素。已有的关于莲花中纤维素的研究基本是关于纤维素的提取与利用以及纤维丝的物理和化学性能,几乎没有人从基因水平研究莲花中纤维素的合成机理。本文通过对莲花基因组、转录组测序以及一些化学分析,分析了莲花中15个CESA基因的表达情况,并克隆出其中三个CESA基因,将其分别转入到拟南芥相应cesa突变体中,研究其功能互补情况,这为深入研究莲花中的纤维素合成机理以及通过有效利用莲花中CESA基因的转基因技术改良其他木材植物的纤维素合成量及可利用性提供便利。主要结果如下:(1)生化分析发现,莲花叶柄中内部纤维素含量高于外部;莲花纤维丝中不止含有纤维素,还含有大量的半纤维素以及部分木质素。(2)通过转录组测序,分析莲花转录组中的一些调控网络,并阐明了纤维素合成过程相关基因、木质化过程相关基因的表达特点,随后对相关基因进行了q-PCR验证,q-PCR结果与转录组中RPKM值相符。(3)与拟南芥CESA基因做进化树比较,并结合q-PCR结果分析,推测莲花中的Nnu CESA1B,6D,1A,8,3A,3C,3B,6E这些基因应该负责莲花的初生壁中纤维素的形成,Nnu CESA6A在细胞壁纤维素合成过程中起辅助的作用。(4)基因互补实验验证,莲花中的Nnu CESA1B能部分回补拟南芥cesa6突变体表型;Nnu CESA4能部分回补拟南芥cesa4突变体表型;Nnu CESA8能部分回补拟南芥cesa8突变体表型。证明莲花中的基因Nnu CESA1B具有纤维素合酶功能,参与初生细胞壁中纤维素的合成;Nnu CESA4和Nnu CESA8具有纤维素合酶功能,参与次生细胞壁中纤维素的形成。
【关键词】：莲花 转录组测序 纤维素合酶 基因功能互补
【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】：Q943.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 前言9-14
• 1.1 纤维素合酶9-11
• 1.1.1 纤维素合酶基因的发现9
• 1.1.2 拟南芥中纤维素合酶基因表达9-11
• 1.2 纤维素合酶复合体11
• 1.3 莲物种简介及结构特征11-12
• 1.4 系统进化树12-13
• 1.5 RNA-Seq 技术13
• 1.6 研究目的与意义13-14
• 2 材料与方法14-22
• 2.1 实验材料14-15
• 2.2 实验方法15-22
• 2.2.1 生化方法15-19
• 2.2.2 分子方法19-22
• 3 结果与分析22-43
• 3.1 生化结果分析22-26
• 3.1.1 莲花茎部结构及莲纤维丝观察22-25
• 3.1.2 莲花不同部位木质纤维素组分含量比较25
• 3.1.3 莲花不同部位细胞壁多糖成分比较25-26
• 3.2 转录组数据分析26-37
• 3.2.1 测序数据质量情况和数据组装26-28
• 3.2.2 三个数据库的差异基因分析28-30
• 3.2.3 GO功能分类30-31
• 3.2.4 木质素合成相关基因在莲花不同部位的表达量分析31-32
• 3.2.5 纤维素与半纤维素合成相关基因在莲花不同部位的表达量分析32-33
• 3.2.6 半纤维素合成相关基因的qPCR分析33-34
• 3.2.7 莲花和拟南芥中纤维素合酶基因的进化树分析34-36
• 3.2.8 莲花中纤维素合酶基因的qPCR分析36-37
• 3.3 转NnuCESA1B基因互补cesa6突变体植株互补结果37-38
• 3.3.1 转基因植株表型观察37-38
• 3.4 转NnuCESA4基因互补cesa4突变体和转NnuCESA8基因互补cesa8结果38-43
• 3.4.1 互补苗表型观察38-40
• 3.4.2 互补苗木质部切片观察40-41
• 3.4.3 互补植株的纤维素含量比较41
• 3.4.4 互补植株红外光谱分析结果41-43
• 4 结论43-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-51
• 附表 1 GO分析数据51-53
• 附表 2 木质素合成相关基因表达量53-55
• 附表 3 木质纤维素合成相关基因表达量55-58
• 附表 4 莲花中纤维素合酶基因名称及基因编号对应表58-59
• 附表 5 qPCR引物对应表59

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本文编号：730991