小麦转录因子Dof、bZIP家族基因的鉴定与TaDof7A的关联分析

发布时间：2020-06-08 10:09

【摘要】：小麦加工品质主要取决于面筋蛋白的组分与含量,而面筋蛋白由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成,其中麦谷蛋白主要影响面筋的弹性,而麦醇溶蛋白决定了面筋的延展性和粘性。Dof与bZIP均是植物中广泛存在的转录因子家族,在植物的生长发育、抗逆及代谢等过程中均发挥重要功能。在玉米中研究发现,Dof与bZIP参与了醇溶蛋白的合成,而小麦中这两类转录因子对面筋蛋白的调控机制尚不清楚。本研究基于小麦已公布基因组序列,通过生物信息学方法对Dof、bZIP两大转录因子家族进行全面鉴定与分析,并利用转录组数据分离出小麦籽粒胚乳强表达基因;进一步通过基因克隆、序列比对、标记开发,并结合品质数据分析,进行候选基因关联分析。研究结果如下:1.从小麦全基因组数据库中共鉴定得到45个TaDof及183个TabZIP转录因子;并通过Blast比对,发现45个TaDofs分布在除7A、6B、7B以及7D外的17条染色体上。进化分析表明,TaDof蛋白序列与拟南芥分类一致;并通过MEME及SWISS-MODEL数据库对TaDof家族的蛋白模体结构及三级空间结构进行预测,结果显示这些模体结构都高度一致,极为保守。2.根据小麦的转录组表达量数据,对两大家族成员基因的组织表达特性进行了分析:小麦Dof转录因子TaDof1在穗中特异表达,TaDof7在茎与籽粒胚乳中呈现强表达,而TaDof10在胚乳中特异表达;小麦bZIP转录因子TabZIP8、TabZIP51在籽粒中特异强表达。3.构建了WGCNA(加权基因共表达网络),经分析发现TaDof10与α、ω以及γ三个类型的小麦醇溶蛋白基因均存在共表达关系,表明TaDof10可能参与了籽粒醇溶蛋白基因的表达调控;TaDof7与TabZIP8于籽粒胚乳中存在共表达,说明在小麦籽粒中可能存在Dof、bZIP转录因子基因互作关系。4.由于TaDof7对小麦面筋蛋白的作用机制尚不清楚,因此在强筋小麦品种郑麦366中克隆TaDof7A。经测序分析,与中国春相比,共存在36个单核苷酸变异位点。为了挖掘TaDof7的优异等位变异位点,基于SNV差异,开发出功能标记DOF7A-1,该标记在郑麦366中能扩增出226bp的片段,而在中国春中无目标条带。进一步利用DOF7A-1标记对146分不同小麦材料进行检测,其中78份材料有目标条带,68份材料无目标条带。结合品质数据,经统计学关联分析发现:两类材料的蛋白含量差异达显著水平(P0.05);吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度差异均达到极显著水平(P0.01)。因此,该标记可应用于优质小麦分子标记辅助育种工作。
【图文】：

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图 1.1 玉米 ZmDof1 为例的 Dof 蛋白结构域示意图[23]构域、核定位信号以及转录激活结构域分别用黄色、粉色及紫色背景表示。延伸的丝氨酸。Dof 保守结构序列中的红色字母表示锌指结构中的的半胱氨酸残基。Fiure 1.1 Scheme of ZmDof 1 as an example of the Dof protein domain structure[23]of domain,a nuclear localization signal (NLS) and the transcriptional activation domain are inpink and purple, respectively. A serine-stretch is indicated in green. The cysteine residues foation of zinc are shown in red letters in the Dof domain amino acid sequence.一个 Dof 基因 ZmDof1 是从玉米中克隆出来的[37]，，随着基因组测序技术及生物速发展，越来越多的 Dof 基因家族从高等植物基因组中鉴定出来：2002 年，Yan拟南芥基因组中鉴定得到 36 个 Dof 基因[23]，随后 Lijavetzky 从水稻基因组中因[38]，随之而来的是大麦基因组中筛选得到 26 个[39]，高粱中含有 28 个[40]， 78 个[41]，番茄中含有 34 个[42]，蓖麻中有 21 个[43]，甘蔗中有 25 个[44]，马铃个[45]，卷心菜中含有 76 个[46]，玉米中鉴定得到 46 个[47]，胡萝卜中有 46 个[48 36 个[49]，胡椒中含有 33 个[50]，桃子中筛选到 25 个[51]，苹果中含有 60 个[52出 48 个[52]。

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- 5 -图 1.2 拟南芥、水稻 Dof 蛋白进化分类图[38]Figure 1.2 phylogeny picture of Dof proteins for Arabidopsis thaliana and rice[38]1.3.4 Dof 转录因子功能介绍大量研究表明，Dof 基因作为植物特异性转录因子，在植物生长发育及其基因表达调控过程中均扮演着重要角色[36]。例如，一些 Dof 转录因子参与了植物光周期响应[37,53,54]，植物生长激素与环境胁迫响应[55-58]，碳水化合物代谢[59]、次级代谢途径[57,60]以及赤霉素响应[61,62]等一系列过程。此外，在种子贮藏蛋白合成[28,63]、种子萌发[64,65]以及花开与脱落[66]过程中，Dof 转录因子同样发挥了重要功能。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1

【参考文献】