番茄SlNAC4和SlDEAD31基因在果实成熟及非生物胁迫响应中的功能研究

发布时间：2021-02-12 08:05

　　NAC（NAM/ATAF1/2/C UC2）转录因子家族基因和DEAD-box解旋酶家族基因在植物生长发育,生物和非生物胁迫响应中均发挥重要功能。其中,NAC转录因子是植物特异的最大的转录因子家族之一,目前有关NAC转录因子的功能研究已取得很大进展,但主要集中于模式植物拟南芥和水稻中。另外,尽管部分成员的功能被研究确定,但NAC转录因子在分子水平上发挥功能的机制依然尚未清楚地阐明。番茄不仅是世界上广为栽培的高营养高价值的蔬菜作物,同时也是研究肉质果实发育和成熟的最佳模式植物。当前有关番茄中发育或胁迫相关的NAC基因的报道依然很少。番茄nor（non-ripening）突变体的形成正是因为NAC家族中NOR基因的突变引起的,这激发我们继续挖掘NAC基因家族中其他可能参与果实成熟调控的新成员。最近,番茄全基因组测序的完成为研究番茄中特定基因的功能提供了信息基础和方便。在本研究中,我们在茄科数据库SGN中筛选到7个番茄NAC基因,分别命名为Sl NAC4-Sl NAC10。随后,我对其基因结构、分子特征、系统进化关系以及对多种激素和非生物胁迫的响应等进行了系统分析。我们发现它们编码的氨基酸序... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：208 页

【学位级别】：博士

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缩略词表
1 绪论
    1.1 乙烯与番茄果实成熟调控
        1.1.1 乙烯的生理功能
        1.1.2 乙烯的生物合成及调控
        1.1.3 乙烯的信号转导途径
        1.1.4 番茄果实成熟相关突变体
        1.1.5 果实成熟的信号调控模型
        1.1.6 番茄果实成熟过程中的色素代谢
    1.2 NAC转录因子家族的研究进展
        1.2.1 NAC转录因子的命名及其家族成员
        1.2.2 NAC转录因子的结构与分类
        1.2.3 NAC转录因子的功能
        1.2.4 NAC转录因子的表达调控
        1.2.5 番茄中NAC转录因子的研究进展
        1.2.6 展望
    1.3 DEAD-box解螺酶的研究进展
        1.3.1 解旋酶的分类与结构
        1.3.2 DEAD-box解旋酶的发现与分类
        1.3.3 DEAD-box解旋酶在植物中的功能研究进展
        1.3.4 解旋酶参与胁迫响应的机制及其表达调控
        1.3.5 展望
    1.4 课题的提出及研究意义
    1.5 课题的研究内容、技术路线及创新点
        1.5.1 课题的研究内容
        1.5.2 课题的技术路线
        1.5.3 课题的创新点
2 番茄NAC基因的筛选与表达分析
    2.1 引言
    2.2 材料、试剂与设备
        2.2.1 材料
        2.2.2 试剂及药品
        2.2.3 仪器与设备
    2.3 实验方法
        2.3.1 番茄材料的收集
        2.3.2 番茄NAC基因的生物信息学分析
        2.3.3 总RNA的提取
        2.3.4 c DNA的合成
        2.3.5 番茄NAC基因的引物设计及评估
        2.3.6 番茄 NAC 基因的组织表达模式分析
        2.3.7 番茄NAC基因响应非生物胁迫的表达模式分析
        2.3.8 番茄NAC基因响应激素处理的表达模式分析
    2.4 结果与分析
        2.4.1 番茄SlNAC基因的核苷酸及蛋白序列生物信息学分析
        2.4.2 番茄SlNAC4-SlNAC10 基因的定量引物设计与评估
        2.4.3 番茄SlNAC4-SlNAC10 基因的组织表达模式分析
        2.4.4 番茄SlNAC4-SlNAC10 基因的激素处理表达模式分析
        2.4.5 番茄SlNAC4-SlNAC10 基因的非生物胁迫处理表达模式分析
        2.4.6 番茄SlNAC4-SlNAC10 基因的启动子序列分析
    2.5 讨论
    2.6 本章小结
3 SlNAC4 基因的功能研究
    3.1 引言
    3.2 材料、试剂与设备
        3.2.1 材料
        3.2.2 试剂与培养基
        3.2.3 仪器与设备
    3.3 实验方法
        3.3.1 番茄材料的收集
        3.3.2 总RNA的提取及c DNA的合成
        3.3.3 基因组DNA的提取
        3.3.4 SlNAC4 基因的克隆
        3.3.5 SlNAC4 基因超表达载体的构建
        3.3.6 SlNAC4 基因RNAi沉默载体的构建
        3.3.7 双元质粒的农杆菌结合转移
        3.3.8 农杆菌LBA4404 介导的番茄转基因
        3.3.9 SlNAC4 基因超表达和沉默阳性转基因番茄株系的筛选
        3.3.10 超表达和沉默转基因番茄株系SlNAC4 基因表达水平检测
        3.3.11 果实总叶绿素及类胡萝卜素的提取
        3.3.12 果实乙烯合成量的测定
        3.3.13 定量PCR分析转基因对成熟相关基因表达的影响
        3.3.14 SlNAC4 蛋白与RIN及NOR蛋白的互作研究
        3.3.15 SlNAC4 转基因株系的盐胁迫耐受性分析
        3.3.16 SlNAC4 转基因株系的干旱胁迫耐受性分析
        3.3.17 SlNAC4 转基因株系胁迫情况下各生理指标的测定
        3.3.18 定量Real-time PCR分析转基因对胁迫相关基因表达的影响
    3.4 结果与分析
        3.4.1 SlNAC4 基因超表达和RNAi沉默载体的构建
        3.4.2 SlNAC4 转基因番茄苗系的培育与筛选
        3.4.3 SlNAC4 基因的沉默抑制了番茄果实的正常成熟
        3.4.4 SlNAC4 基因的沉默改变了果实色素含量及相关基因的表达
        3.4.5 SlNAC4 基因的沉默抑制了乙烯的合成及乙烯相关基因的表达
        3.4.6 SlNAC4 基因的沉默影响了成熟相关基因的表达
        3.4.7 SlNAC4 蛋白与RIN、NOR蛋白的互作研究
        3.4.8 SlNAC4 基因的沉默减少了番茄对盐胁迫的耐受性
        3.4.9 SlNAC4 基因的沉默抑制了胁迫相关基因的表达
        3.4.10 SlNAC4 基因的沉默减少了番茄对干旱胁迫的耐受性
    3.5 讨论
        3.5.1 SlNAC4 基因在番茄果实成熟中的功能
        3.5.2 SlNAC4 基因在非生物胁迫响应中的功能
    3.6 本章小结
4 SlDEAD31 基因的功能研究
    4.1 引言
    4.2 材料、设备与试剂
        4.2.1 材料
        4.2.2 试剂与培养基
        4.2.3 仪器与设备
    4.3 实验方法
        4.3.1 番茄材料的收集
        4.3.2 番茄材料总RNA的提取及c DNA的合成
        4.3.3 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的生物信息学分析
        4.3.4 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的引物设计及评估
        4.3.5 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的表达模式分析
        4.3.6 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因响应非生物胁迫和激素的表达模式分析
        4.3.7 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的克隆
        4.3.8 SlDEAD31 基因超表达载体的构建
        4.3.9 SlDEAD31 基因沉默载体的构建
        4.3.10 农杆菌LBA4404 介导的番茄转基因及阳性转基因株系的筛选
        4.3.11 超表达转基因株系Sl DEAD31 基因的表达水平检测
        4.3.12 SlDEAD31 转基因株系的盐胁迫耐受性分析
        4.3.13 SlDEAD31 转基因株系的干旱胁迫耐受性分析
        4.3.14 SlDEAD31 转基因株系胁迫情况下各生理指标的测定
        4.3.15 定量Real-time PCR分析转基因对胁迫相关基因表达的影响
    4.4 结果与分析
        4.4.1 DEAD-box解旋酶蛋白序列的生物信息学分析
        4.4.2 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的定量引物设计与评估
        4.4.3 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的组织表达模式分析
        4.4.4 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的激素处理表达模式分析
        4.4.5 SlDEAD30 和SlDEAD31 基因的非生物胁迫处理表达模式分析
        4.4.6 DEAD-box基因的进化树及功能分析
        4.4.7 SlDEAD31 基因超表达和RNAi沉默载体的构建
        4.4.8 SlDEAD31 转基因番茄苗系的培育与筛选
        4.4.9 SlDEAD31 基因的超表达增强了番茄对盐胁迫的耐受性
        4.4.10 SlDEAD31 基因超表达影响了胁迫相关基因的表达
        4.4.11 SlDEAD31 基因的超表达增强了番茄对干旱胁迫的耐受性
    4.5 讨论
        4.5.1 SlDEAD31 基因在非生物胁迫响应中的功能
        4.5.2 SlDEAD31 可能参与调控多个胁迫相关基因的表达
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读博士学位期间研究的其他工作
    B. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
    C. 作者在攻读博士学位期间发明的专利
    D. 作者在攻读博士学位期间主持和参与的科研项目
    E. 作者在攻读博士学位期间所获奖项


【参考文献】：
期刊论文
[1]NAC转录因子在植物抗病和抗非生物胁迫反应中的作用[J]. 孙利军,李大勇,张慧娟,宋凤鸣.  遗传. 2012(08)
[2]植物NAC转录因子的种类、特征及功能[J]. 李伟,韩蕾,钱永强,孙振元.  应用与环境生物学报. 2011(04)
[3]SLOW WALKER3,Encoding a Putative DEAD-box RNA Helicase,is Essential for Female Gametogenesis in Arabidopsis[J]. Man Liu1,2,Dong-Qiao Shi1,Li Yuan1,2,Jie Liu1 and Wei-Cai Yang1 1Key Laboratory of Molecular and Developmental Biology,National Centre for Plant Gene Research,Institute of Genetics and Developmental Biology,the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China 2Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China.  Journal of Integrative Plant Biology. 2010(09)
[4]植物NAC转录因子家族研究概况[J]. 彭辉,于兴旺,成慧颖,张桦,石庆华,李建贵,麻浩.  植物学报. 2010(02)
[5]乙烯与果实成熟关系的研究进展[J]. 杨晓颖,胡伟,徐碧玉,金志强.  热带农业科学. 2008(02)
[6]植物miRNA的功能及其作用机制[J]. 张松莲,曾富华,喻宁华,饶力群.  热带亚热带植物学报. 2006(05)
[7]调控果实成熟的基因工程研究进展[J]. 陈明,陈金印.  中国农学通报. 2004(02)
[8]反义RNA技术控制果实成熟的研究进展[J]. 宋刚,林顺权,吕柳新,马英.  福建农业大学学报. 2000(04)
[9]果实成熟过程相关调控基因研究进展[J]. 雷东锋,李剑君,张宴,白西元,王晨,赵文明.  西北植物学报. 2000(01)

硕士论文
[1]番茄ACC氧化酶家族基因的表达研究及其在果实乙烯合成过程中的功能分析[D]. 李栀恩.重庆大学 2012



本文编号：3030527