马铃薯StTCP家族基因鉴定及其对块茎休眠解除的响应

发布时间：2020-08-14 11:14

【摘要】：马铃薯块茎休眠的形成及解除是多种激素以及多基因表达调控的结果,转录因子在植物生长代谢信号转导过程中多数情况下处于信号通路的上游,对相应下游基因的表达起重要的调节作用。根据本实验室RNA-seq测序结果,发现大量转录因子参与马铃薯块茎休眠解除过程的调控,植物TCP转录因子是植物特有的一类转录因子,它们与植物细胞的增殖与生长密切相关,主要涉及植物生长发育过程的调节,对植物分枝的生长,叶片发育,分化芽的产生,花的发育,种子休眠的调控,以及激素代谢等过程具有重要的调节作用。本论文首先进行马铃薯块茎休眠期间的转录组数据分析,随后利用生物信息学方法对马铃薯TCP转录因子家族基因进行鉴定及功能分析,在马铃薯基因组中鉴定出31个非冗余TCP转录因子,并对这些基因进行功能结构以及表达特异性分析。随后以马铃薯栽培种“费乌瑞它”为实验材料,以盆栽苗叶片作为激素响应方面的研究材料,使用大小一致外形均匀的块茎作为休眠解除过程的研究材料,利用实时荧光定量(qRT-PCR)方法对所有StTCP转录因子家族基因进行表达量分析。主要取得的研究结果如下:1.在马铃薯块茎休眠解除的过程中,通过差异表达基因富集分析发现,在休眠块茎细胞中与DNA复制相关的基因被抑制,细胞代谢活动停滞,休眠解除之后DNA复制相关的基因开始转录,DNA复制被激活,代谢开始。在分化芽出现后,与光合作用相关的基因大量表达,利用块茎储存物质生产有机物并提供能量,为分化芽的发育提供基础,并在马铃薯块茎休眠解除期间发现了大量表达量上调的差异表达转录因子。2.使用TCP结构域(PF03634)作为询问序列,构建隐马尔克夫模型在马铃薯基因组上共查询获得46个StTCP转录因子家族基因,通过提交氨基酸序列到InterPro数据库以确定基因结构域的完整性,总共去除了15个冗余的StTCP转录因子家族基因,最终获得31个非冗余的StTCP转录因子家族基因。3.通过进化以及共线性分析发现StTCP转录因子家族基因可以被分为两个亚家族三个分组,并与拟南芥、番茄存在大量的共线性基因,结构域分析发现同一个分组内StTCP基因具有相似的保守结构域。基因结构研究发现几乎所有的StTCP基因具有高度保守的外显子-内含子结构,并在StTCP基因启动子区发现了大量关于植物生长、发育以及响应激素及逆境胁迫的启动子结合元件。4.表达量分析发现7个StTCP基因表达量在马铃薯休眠解除过程中出现急剧上调,部分StTCP基因在激素处理的情况下出现显著的变化。结合共线性、GO、KEGG注释以及表达量分析发现StTCP15和StTCP23可能具有促进马铃薯块茎休眠解除及分化芽生长的功能。5.在马铃薯栽培品种“费乌瑞它”cDNA中扩增出了StTCP23基因,并利用同源重组的方法将StTCP23基因插入到线性化后的马铃薯过表达载体pBI121中,构建了pBI121-TCP过表达载体。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S532
【图文】：

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甘肃农业大学 2019 届硕士学位论文NA 复制被抑制细胞代谢活动停滞，休眠解除后相关调控基因表达量复制被激活代谢开始。发芽块茎与休眠解除块茎对比组上调差异表达合作用(GO:0015979、GO:0010109)、光合作用光反应(GO:0019684)、18、GO:0009637、GO:0010114)、光合反应电子运输链(GO:0000)、光合代谢物和能量的产生(GO:0006091)、果糖代谢(GO:0009750EGG 主要富集在光合作用蛋白(ko00194)、光合作用(ko00195)、光合00196)、光合作用碳固定(ko00710)、乙醛酸和双羧酸代谢(ko00630)、146)等信号通路，表明马铃薯块茎在休眠期间这些基因的表达被抑制，出现后光合代谢被激活，利用块茎储存物质生产有机物并且贮存能量供基础。

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14图 2-2 马铃薯休眠解除期间差异表达基因 GO、KEGG 富集分析结果Fig 2-2 The most significantly enriched GO annotations and KEGG pathways analysis ofupregulated DEGs during tuber dormancy release process:DRT vs DT GO 富集分析 B:DRT vs DT KEGG 富集分析 C:ST vs DRT GO 富集分析 D: STDRT KEGG 富集分析: DRT vs DT GO enriched analysis B: DRT vs DT KEGG enriched analysis C:ST vs DRT Genriched analysis D: ST vs DRT KEGG enriched analysis马铃薯块茎休眠解除期间差异表达转录因子分析录因子通过与 RNA 聚合酶结合形成转录起始复合体以激活下游基因的表达，长代谢的信号转导过程中多数情况下处于信号通路的上游，对相关基因的表达

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关重要的调控作用。马铃薯块茎休眠的解除分子调控机理非常复杂，转录因子有可能块茎休眠的解除起重要的调控作用，在本研究中我们对马铃薯休眠解除期间差异表达录因子进行分析。如图 2.3 所示，马铃薯块茎在休眠解除期间存在大量表达量上调的异表达转录因子，其中 bHLH 转录因子含量最多，在休眠解除块茎与休眠块茎对比组在 14 个，发芽块茎与休眠块茎对比组存在 7 个，其次为 MYB 转录因子，在休眠解除茎与休眠块茎对比组共存在 12 个，发芽块茎与休眠块茎对比组存在 6 个，此外还有些转录因子只存在于休眠解除块茎与休眠块茎对比组，比如 GRAS 转录因子、AP2录因子、E2F/DP 转录因子等，还有一些转录因子只存在于发芽块茎与休眠块茎对比，例如 DBB 转录因子、SBP 转录因子等。TCP 转录因子也被发现存在于上调的差异达转录因子中，其中休眠解除块茎与休眠块茎对比组存在 4 个(StTCP4、StTCP23、tTCP15、StTCP27) 发芽块茎与休眠块茎对比组存在 1 个(StTCP23)，这些基因可能在铃薯休眠解除期间具有相对应的调控功能。

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