棉花水通道蛋白家族基因鉴定及其渗透胁迫应答功能研究

发布时间：2022-01-22 17:34

　　水通道蛋白（AQP）作为一种膜通道蛋白,调控水和其它小分子物质在生物体内的跨膜运输。已有研究表明,AQP在植物渗透胁迫应答过程中起重要作用。为了系统性地探究棉花AQPs在渗透胁迫条件下的应答机制,挖掘棉花抗逆基因,本研究利用二倍体和四倍体棉花基因组以及陆地棉渗透胁迫条件下的转录组数据,对棉花AQPs家族基因进行了全基因组鉴定。经过生物信息学以及表达模式分析,筛选出多个参与棉花渗透胁迫应答的AQP基因,并确定了其亚细胞定位。之后,通过转基因超表达、基因沉默和启动子表达模式验证,系统研究了GhTIP2-1的抗渗透胁迫功能。本研究的主要结果如下:1.陆地棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉AQPs家族基因鉴定。根据水通道蛋白功能结构域PF00230,在三个棉种中共鉴定出215个全长AQP基因,陆地棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中分别有107个、52个和56个基因成员。系统进化结果显示,棉花AQPs分为PIPs、TIPs、NIPs、SIPs和XIPs五个亚家族。对陆地棉107个全长AQPs的蛋白理化性质,保守位点预测,基因结构,保守基序,启动子预测,共线性等分析。棉花AQPs五个亚家族下又分为多个亚组,每个亚组的蛋... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水通道蛋白的定位分布[10]

引言3图1.2水通道蛋白的结构[34]。Figure1.2Thestructureofaquaporins.非洲爪蟾卵母细胞是最先用来研究植物水通道蛋白功能的表达系统[35]，通过细胞内的微量注射，基于细胞体积，细胞内放射性物质或者PH的变化来研究蛋白功能。通过卵母细胞系统我们发现水通道蛋白除了对水的运输，还能促进其他底物，如：甘油[36,37]、尿素[38]、硼[39]（B）、硅[40,41]（Si）、气体二氧化碳[37]（CO2）、氨[42]（NH3）的运输。通过酵母生长实验也测定出不同的AQP对于砷[43]（AS）、过氧化氢[44]（H2O2）、镉[45]（Ge）、铝[46]（Al）、亚锑酸盐[47]（Sb(OH)3）、ROS[48]、亚硒酸[49]（H2SeO3）的运输。植物AQPs除了能够促进底物的运输外，还有大量的研究报道AQPs不仅能够响应非生物胁迫，还能够响应生物胁迫。如图1.3所示，在非生物胁迫下如干旱胁迫[50-52]、盐胁迫[53,54]、冷胁迫[55]，主要影响细胞的渗透平衡，PIPs和TIPs可以提高根部的导水率和叶的蒸腾速率。在生物胁迫下，TIPs和NIPs可以调节调节宿主和病原体之间的营养稳态[56,57]。此外还有研究报道水通道蛋白影响种子的萌发[58]，影响作物的产量[59]和品质[60]。

引言4图1.3AQPs响应环境刺激[10]。Figure1.3AQPsresponsetoenvironmentalstimuli.1.3AQPs与植物渗透胁迫植物在绝大多数情况下是自养生物，一方面需要光和碳源（通常是二氧化碳，CO2），另一方面需要水和矿物质营养以满足生理活动。由于植物不能移动，因此它们必须从周围环境中有效吸收水分和矿物质。该功能主要由根系来完成，而水分和其它元素进入植物体内以及在体内的运输都受到AQPs的控制。有很多证据已经表明在大多数植物中，水分的吸收和在根中跨细胞的流动主要是由PIPs和TIPs介导的[61]。渗透胁迫是植物生长过程中需要面临的主要非生物胁迫[62,63]，一般来说，渗透胁迫能够引起一系列形态、生理、生化和分子变化，影响植物的生长和发育[64]。干旱胁迫和盐胁迫是两种主要的渗透胁迫。在干旱胁迫条件下，如图1.4，植物主要通过增加根部水分的吸收以及减少地上部水分的挥发来维持机体的稳定[65]。有大量的研究表明AQPs可以调节根部的导水率来增加对水分的吸收[66,67]。此外在缺水的条件下，为了减少蒸腾作用而造成的水分流失，气孔关闭是植物节水的重要策略，CO2的传导与气孔运动紧密联系的，有很多研究表明AQPs可以调控CO2运输从而达到对气孔的调节[68-71]。


本文编号：3602617