陆地棉GhSWEET42基因的功能分析
发布时间：2020-07-06 22:24
【摘要】：SWEET(sugars will eventually be exported transporters)是近年来发现含有MtN3/saliva结构域的糖外排转运蛋白,参与植物生长发育过程以及植物对生物胁迫和非生物胁迫的响应。在陆地棉中,对SWEET基因的全基因水平的鉴定及功能研究还鲜有报道。本研究首先利用生物信息学方法对陆地棉SWEET基因家族进行系统进化、基因结构、共线性和染色体定位分析,同时把SWEET基因上存在的SNPs与纤维目标性状进行关联分析鉴定到关键基因,然后通过拟南芥过表达验证关键基因功能,这些研究为我们进一步了解陆地棉SWEET基因家族在调控棉花纤维发育中的功能提供一定的基础,具体结果如下:在二倍体的雷蒙德氏棉及亚洲棉中分别鉴定出31个和30个SWEET基因,异源四倍体的陆地棉中共鉴定出55个SWEET基因。进化树分析表明,三个棉属植物SWEET基因家族分为四个分枝,其中在分枝III和IV的SWEET基因数量明显多与其他物种,表明第III分枝和第IV分枝的基因显著地扩张,这可能对棉花适应环境非常重要。通过染色体定位分析,49个陆地棉SWEET基因被定位在12条At亚基因组和11条Dt亚基因组染色体上,并在7条染色体上存在串联重复。陆地棉SWEET基因的旁系同源基因及直系同源基因的关系分析表明,SWEET基因在Dt亚基因组和D基因组雷蒙德氏棉之间的的共线性关系明显高于At亚基因组和A基因组亚洲棉之间的共线关系,表明陆地棉在进化过程中可能有更多At亚基因组上SWEET基因丢失,或者是基因组测序不完整,导致陆地棉At亚基因组仅有一部分SWEET基因被鉴定到。关联分析结果显示,GhSWEET42与棉花纤维发育有关,且CC等位基因型是有利于棉花衣分形成的优异单倍型。进一步分析GhSWEET42的表达模式,结果表明GhSWEET42在纤维和胚珠中相对于根、茎、叶存在优势表达。烟草瞬时转化的亚细胞定位结果表明GhSWEET42被定位在细胞膜上,与其预测行使功能的位置一致。在拟南芥中过表达GhSWEET42发现显著增加根毛长度,表明GhSWEET42与细胞伸长有关,可能促进棉花纤维细胞突起和伸长,进而提高衣分。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
【图文】：
图 2.1 三个棉属、拟南芥和水稻 SWEET 基因家族成员的进化树分析Figure 2.1. Phylogenetic tree of SWEET genes from three cotton species, A. thaliana, and rice.注：SWEET 基因家族被分为 4 枝，分别用不同的颜色表示Note:The SWEET genes were classified into four clades, which are indicated by different colors.地棉 SWEET 基因家族的基因结构了更进一步了解陆地棉SWEET基因，对其所含外显子-内含子进行分析。基因结构是族进化史的重要组成成分，通常在相同的进化枝内表现出高度保守的外显子和内含用 SWEET 的基因组和编码区序列对外显子和内含子在 SWEET 的分布进行分析（图 2言，大多数分枝 I 基因（GhSWEET38 除外）和所有分枝 IV 基因都含有 5 个内含子。同根据所含内含子不同被分为两个子分枝，IIa 和 IIb，六个 IIa 基因都含 5 个内含子，包含 4 个内含子。在分枝 III 的 21 个陆地棉 SWEET 基因中，其中 19 个 SWEET 基因除 GhSWEET10、GhSWEET48 之外）含有 5 个内含子，而 GhSWEET10 包含 4 个内含ET48 相对较短，含有 3 个内含子。这些结果表明内含子在系统发育进化树的同一分ET 基因成员之间分布一致。
图 2.2 陆地棉 SWEET 基因家族的系统进化树和基因结构特征Figure 2.2. Phylogenetic relationships and structural features of GhSWEE棉 SWEET 基因的系统进化树。陆地棉 SWEET 基因分为四个分枝：蓝色II、III 和 IV。（B）陆地棉 SWEET 基因的外显子-内含子结构。绿色表genetic tree of GhSWEET genes. The SWEET genes were classified into nge represent Clades I, II, III, and IV, respectively. (B)Exon-intron organi correspond to exons and introns, respectively. SWEET 基因家族的染色体定位AtDt）是典型的异源四倍体作物。根据 55 个陆地棉 SWEET 基 Dt）上的具体位置信息，SWEET 的染色体分布图被绘制（图中，其中 49 个被定位在 12 条 At 亚基因组和 11 条 Dt 亚基因50、GhSWEET51、GhSWEET52、GhSWEET53、GhSWEET54 s 上。不同染色体上含有 SWEET 数目不同，例如，染色体t-chr13 都含有 4 个 SWEET 基因，是分布 SWEET 基因数目最
图 2.3 陆地棉 SWEET 基因在染色体上的分配情况Figure 2.3 Chromosomal distribution of GhSWEET genes橙色和黑色分别表示 At 亚基因组染色体、Dt 亚基因组染色体和 scaffolds，绿线表示串联重复range and black indicate the At subgenome chromosomes, Dt subgeome chromosomes, and Green lines indicate tandem duplicated genes.被子植物在进化过程中至少经历了一次多倍体化事件。陆地棉（AtDt）的基因是其二倍体祖先（亚洲棉 AA、和雷蒙德氏棉 DD）二倍分化后形成的棉花物陆地棉 At 和 Dt 亚基因组之间的 SWEET 旁系同源基因。如图（图 2.4），一共同源基因对，其中 18 个（例如：GhSWEET1 与 GhSWEET2、GhSWEET3 与 GhSW4 与 GhSWEET9 等）旁系同源基因对被定位在 8 个同源染色体对上。为了进一程中的分化，分析了陆地棉 Dt 亚基因组与相应的二倍体祖先 D 基因组（雷蒙同源 SWEET 基因，以及陆地棉 At 亚基因组与二倍体祖先 A 基因组（亚洲棉）SWEET 基因（图 2.5）。陆地棉 Dt 亚基因组中共有 28 个 SWEET 基因在雷蒙德因组中具有直系同源物，而 At 亚基因组中共有 23 个 SWEET 基因在亚洲棉（中具有直系同源物。以上结果表明，SWEET 基因在 Dt 亚基因组和 D 基因组（的的共线性关系明显高于 At 亚基因组和 A 基因组（亚洲棉）之间的共线关系化过程中可能有更多At亚基因组上SWEET基因丢失，或者是基因组测序不完
本文编号：2744220
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
【图文】：
图 2.1 三个棉属、拟南芥和水稻 SWEET 基因家族成员的进化树分析Figure 2.1. Phylogenetic tree of SWEET genes from three cotton species, A. thaliana, and rice.注：SWEET 基因家族被分为 4 枝，分别用不同的颜色表示Note:The SWEET genes were classified into four clades, which are indicated by different colors.地棉 SWEET 基因家族的基因结构了更进一步了解陆地棉SWEET基因，对其所含外显子-内含子进行分析。基因结构是族进化史的重要组成成分，通常在相同的进化枝内表现出高度保守的外显子和内含用 SWEET 的基因组和编码区序列对外显子和内含子在 SWEET 的分布进行分析（图 2言，大多数分枝 I 基因（GhSWEET38 除外）和所有分枝 IV 基因都含有 5 个内含子。同根据所含内含子不同被分为两个子分枝，IIa 和 IIb，六个 IIa 基因都含 5 个内含子，包含 4 个内含子。在分枝 III 的 21 个陆地棉 SWEET 基因中，其中 19 个 SWEET 基因除 GhSWEET10、GhSWEET48 之外）含有 5 个内含子，而 GhSWEET10 包含 4 个内含ET48 相对较短，含有 3 个内含子。这些结果表明内含子在系统发育进化树的同一分ET 基因成员之间分布一致。
图 2.2 陆地棉 SWEET 基因家族的系统进化树和基因结构特征Figure 2.2. Phylogenetic relationships and structural features of GhSWEE棉 SWEET 基因的系统进化树。陆地棉 SWEET 基因分为四个分枝：蓝色II、III 和 IV。（B）陆地棉 SWEET 基因的外显子-内含子结构。绿色表genetic tree of GhSWEET genes. The SWEET genes were classified into nge represent Clades I, II, III, and IV, respectively. (B)Exon-intron organi correspond to exons and introns, respectively. SWEET 基因家族的染色体定位AtDt）是典型的异源四倍体作物。根据 55 个陆地棉 SWEET 基 Dt）上的具体位置信息，SWEET 的染色体分布图被绘制（图中，其中 49 个被定位在 12 条 At 亚基因组和 11 条 Dt 亚基因50、GhSWEET51、GhSWEET52、GhSWEET53、GhSWEET54 s 上。不同染色体上含有 SWEET 数目不同，例如，染色体t-chr13 都含有 4 个 SWEET 基因，是分布 SWEET 基因数目最
图 2.3 陆地棉 SWEET 基因在染色体上的分配情况Figure 2.3 Chromosomal distribution of GhSWEET genes橙色和黑色分别表示 At 亚基因组染色体、Dt 亚基因组染色体和 scaffolds，绿线表示串联重复range and black indicate the At subgenome chromosomes, Dt subgeome chromosomes, and Green lines indicate tandem duplicated genes.被子植物在进化过程中至少经历了一次多倍体化事件。陆地棉（AtDt）的基因是其二倍体祖先（亚洲棉 AA、和雷蒙德氏棉 DD）二倍分化后形成的棉花物陆地棉 At 和 Dt 亚基因组之间的 SWEET 旁系同源基因。如图（图 2.4），一共同源基因对，其中 18 个（例如：GhSWEET1 与 GhSWEET2、GhSWEET3 与 GhSW4 与 GhSWEET9 等）旁系同源基因对被定位在 8 个同源染色体对上。为了进一程中的分化，分析了陆地棉 Dt 亚基因组与相应的二倍体祖先 D 基因组（雷蒙同源 SWEET 基因，以及陆地棉 At 亚基因组与二倍体祖先 A 基因组（亚洲棉）SWEET 基因（图 2.5）。陆地棉 Dt 亚基因组中共有 28 个 SWEET 基因在雷蒙德因组中具有直系同源物，而 At 亚基因组中共有 23 个 SWEET 基因在亚洲棉（中具有直系同源物。以上结果表明，SWEET 基因在 Dt 亚基因组和 D 基因组（的的共线性关系明显高于 At 亚基因组和 A 基因组（亚洲棉）之间的共线关系化过程中可能有更多At亚基因组上SWEET基因丢失，或者是基因组测序不完
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1 孙宽;陆地棉GhSWEET42基因的功能分析[D];中国农业科学院;2019年
本文编号：2744220
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