苹果UPL基因家族及转录组和蛋白质组响应非生物胁迫的研究

发布时间：2020-11-02 10:05

　　 蛋白质的泛素化修饰在真核生物中广泛存在,参与细胞的多种调控过程,包括对非生物胁迫的适应过程。UPL泛素连接酶(HECT ubiquitin-protein ligase,UPL)属于泛素连接酶E3的一种,其蛋白结构中包含HECT结构域,在蛋白质泛素化中起重要作用。UPL家族在木本植物研究较少,特别是果树基因组中UPL编码基因、蛋白结构特征及功能的研究尚未见报道。本研究对苹果UPL基因家族进行了基因组范围内的鉴定和综合分析,筛选出了苹果UPL基因家族的全部成员,并对其序列特征、功能结构域、胁迫响应等进行了分析;利用高通量测序技术,研究了新疆野苹果在干旱、盐和低温等胁迫下转录组和蛋白质组变化规律,本研究拟从分子水平上揭示苹果的逆境调控机制,对于探究逆境条件下的生命活动规律、植物野生资源保护、抗逆育种具有重要意义。本研究的主要结果如下:(1)苹果基因组中鉴定得到13个UPL编码基因。采用BLAST和隐马尔可夫模型两种方法在苹果基因组中搜索,最终鉴定得到13条UPL编码基因,分布在苹果基因组的10条染色体上,分别命名为Md UPL1-13。MdUPL蛋白分子大小差别大,长度在411-4239氨基酸残基之间。亚细胞定位预测分析发现,有7个MdUPL蛋白定位在细胞核上,4个定位在质膜上,还有2个分别定位在细胞质和叶绿体上,暗示不同的UPL蛋白可能在不同的细胞器中行使不同的功能。(2)MdUPL蛋白家族含有多个功能结构域。序列分析表明,MdUPL蛋白的HECT结构域包含3个特征Motif序列且均形成α螺旋,3段α螺旋在空间上配置形成特定的HECT空间结构,一个可与泛素分子结合的保守半胱氨酸残基处于此特定空间结构的中心,3个特征Motif及其形成的空间结构可能与UPL蛋白通过HECT结构域与泛素分子结合并催化底物蛋白泛素化直接相关。在13个MdUPL中,有5个MdUPL蛋白只含有HECT结构域,从另外8个Md UPL蛋白中,还检测到额外5种功能结构域,其中UIM和UBA两种结构域成对出现在4个Md UPL中,ARM结构域存在于3个Md UPL中,UBQ结构域存在于MdUPL3和MdUPL7中,F-box结构域只存在于MdUPL7中。(3)苹果UPL基因响应非生物胁迫。13个MdUPL基因的启动子中均含有多个与胁迫应答相关的顺式作用元件,说明MdUPL基因可能通过顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用参与植物的胁迫应答;qRT-PCR检测表明,几乎所有MdUPL基因的表达都受到干旱、盐或低温胁迫不同程度的诱导,特别是MdUPL7和MdUPL9在低温胁迫下表达上调都超过15倍并且在干旱胁迫下也呈现显著的表达上调,说明这两个基因与植物对低温和干旱条件的适应有关。MdUPL4和MdUPL6与在拟南芥中的同源基因AtUPL3在干旱胁迫下的表达变化趋势相反,苹果和拟南芥UPL基因家族的表达模式可能存在差异。(4)利用RNA-Seq技术分析了非生物胁迫对新疆野苹果转录组的影响。干旱胁迫处理幼苗,筛选出共6625个差异表达基因(2227个上调,4398个下调);盐胁迫共7605个(2033个上调,5572个下调);低温胁迫共14963个(6729个上调,8234个下调)。每种胁迫下的差异表达基因中,功能未知基因数都占20%以上。2639个基因在三种胁迫条件下其表达均发生上调或下调。利用qRT-PCR技术对转录组测序结果进行验证,随机选取的13个基因的表达变化趋势与转录组数据一致,证明转录组测序结果准确可靠。三种胁迫条件下大部分差异表达基因主要参与细胞代谢、次生代谢产物合成、植物-病原菌互作、植物激素信号转导等代谢通路。三种胁迫条件下表达量差异大的前10位的基因主要是功能未知基因,说明新疆野苹果中存在许多逆境应答相关的新基因。(5)利用iTRAQ技术分析了非生物胁迫对新疆野苹果蛋白质组的影响。本研究共鉴定出4155个蛋白,干旱胁迫下差异表达蛋白共634个(373个上调,261个下调);盐胁迫下共471个(239个上调,232个下调);低温胁迫下共803个(466个上调,337个下调)。近百个蛋白在三种胁迫条件下表达均发生明显上调或下调,三种胁迫的差异蛋白大多属于氧化还原酶,有相当一部分是叶绿体基质、质体和类囊体蛋白,这些蛋白主要参与氧化还原调控和胁迫响应等,与细胞代谢、氧化磷酸化途径和光合作用等代谢通路有关。(6)非生物胁迫转录组和蛋白质组数据联合分析。转录组和蛋白质组数据关联分析发现,不同胁迫下,mRNA和蛋白质表达量均发生变化的基因中,约有一半左右的基因表达的变化趋势在m RNA水平和蛋白水平一致。其中,干旱胁迫下mRNA和蛋白质表达量均发生变化的蛋白有52个(23个趋势相同);盐胁迫有47个(29个趋势相同);低温胁迫有141个(71个趋势相同)。关联到的差异表达蛋白质中,三种胁迫下变化趋势相同的蛋白质主要参与能量代谢和翻译后修饰。有相当数量的基因,胁迫后蛋白质组与转录组数据间相关性不高,有些数据是否可靠,还需要用不同的方法进一步确定,才能更全面更清楚的了解植物体的生理调控机制。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：Q943.2;S661.1
【部分图文】：

3个MdUPL基因染色体定位图

44图 3-2 MdUPL 的 HECT 结构域氨基酸序列比对保守的半胱氨酸位点由红色方框标出。Fig. 3-2 Multiple alignments of the HECT domains of all MdUPLs from appleConserved amino acid of cysteine is enclosed with a red rectangle.

山东农业大学博士学位论文.1.2 苹果 UPL 基因的多序列比对和基因结构分析多序列比对结果显示 13 个 MdUPL 基因均含有一个保守的 HECT 结构域，并且一个位置含有一个与泛素蛋白结合的半胱氨酸残基（图 3-2）。系统发育树显示所 MdUPL 基因分为 4 个不同的群组，分别命名为 H-1， H-2， H-3 和 H-4（图 3-3为进一步了解 MdUPL 基因的结构演变，我们分析了 MdUPL 基因的结构（图 3-4因结构分析结果显示 MdUPL 基因内含子的数量从 3 个至 28 个不等，其中大部dUPL 基因含有超过 10 个内含子。其中，H-1 组中 MdUPL 基因外显子的平均长度他 3 组中的更长。同一组内 MdUPL 基因的外显子分布特征相似，而组间的差异较大
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;《中国苹果品种》[J];中国果树;2017年01期

2 魏丽娟;冯毓琴;李翠红;慕钰文;李长亮;;4个柱形苹果品种在甘肃的生长习性及生理特性研究[J];甘肃农业科技;2017年01期

3 冉军舰;孙华迪;陈晓静;梁新红;焦中高;赵瑞香;;基于主成分与聚类分析的35个苹果品种多酚综合评价[J];食品工业科技;2017年08期

4 ;《中国苹果品种》[J];果树实用技术与信息;2017年06期

5 匡立学;聂继云;李志霞;关棣锴;毋永龙;闫震;程杨;;不同苹果品种果实矿质元素含量的因子分析和聚类分析[J];中国农业科学;2017年14期

6 ;《中国苹果品种》[J];果树实用技术与信息;2017年07期

7 ;青岛农大“福丽”苹果品种权156万元转让企业[J];青岛农业大学学报(自然科学版);2017年03期

8 卫建礼;;山西苹果品种结构现状、问题及建议[J];山西果树;2016年04期

9 程存刚;赵德英;宣景宏;;对我国苹果品种发展的几点建议[J];北方果树;2015年03期

10 朱志花;马明;金高明;董铁;牛军强;;五个苹果品种的光合特性及叶绿素荧光比较研究[J];北方园艺;2015年20期

相关博士学位论文 前10条

1 徐佳宁;苹果UPL基因家族及转录组和蛋白质组响应非生物胁迫的研究[D];山东农业大学;2017年

2 段乃彬;栽培苹果起源、演化及驯化机理的基因组学研究[D];山东农业大学;2017年

3 赵光远;混浊苹果汁的研制及其储藏稳定性的研究[D];江南大学;2005年

4 张江红;酚类物质对苹果的化感作用及重茬障碍影响机理的研究[D];山东农业大学;2005年

5 马玉华;逆境胁迫对苹果抗坏血酸代谢相关酶活性及基因表达的影响[D];西北农林科技大学;2008年

6 张雪梅;不同苹果品种S基因交互作用的分子及生理学研究[D];河北农业大学;2009年

7 付函;苹果碰撞损伤机理和局部对靶振动采收方法研究[D];中国农业大学;2017年

8 侯聚敏;基于微观结构和模态分析的苹果质地研究[D];吉林大学;2017年

9 杨其亚;胶红酵母控制苹果展青霉素及降解的应答调控机制[D];江苏大学;2017年

10 刘丙花;苹果资源苗期水分利用效率的评价和高效用水的生理机制及其调控研究[D];西北农林科技大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘欣;苹果果生刺盘孢转录因子PacC对pH适应性和致病过程中的功能[D];西北农林科技大学;2017年

2 耿夙;轮纹病致病菌Botryosphaeria dothidea侵染对苹果抗性反应、乙烯合成和相关基因表达的影响[D];山东农业大学;2016年

3 陈蒙蒙;苹果抗病相关基因CERK1克隆与功能分析[D];沈阳农业大学;2017年

4 刘亚静;苹果类钙调磷酸酶B亚基蛋白MdCBL3基因的克隆与功能鉴定[D];山东农业大学;2017年

5 倪蔚茹;重茬土对不同苹果品种生长的影响[D];山东农业大学;2016年

6 夏雪;不同比例有机肥对矮化苹果树生长的影响[D];西北农林科技大学;2017年

7 张兵;苹果几丁质酶基因的克隆与功能分析[D];沈阳农业大学;2017年

8 唐永萍;不同品种苹果采后对灰霉病抗性差异研究[D];西北农林科技大学;2017年

9 陈玉兆;生物保护膜在苹果生产上的应用[D];西北农林科技大学;2017年

10 何婉茹;千阳不同苹果品种成熟期淀粉染色图谱的建立[D];西北农林科技大学;2017年

本文编号：2866905