两种植物珠芽发育中生长素信号通路相关基因的作用

发布时间：2020-04-25 00:55

【摘要】：本文以半夏(Pinellia ternata)、淡黄花百合(Lilium sulphureum)两种植物作为主要研究对象,补充滴水珠(Pinellia cordata)进行珠芽发育时期的转录组和表达谱测序,基于转录组和表达谱筛选出生长素的运输蛋白编码基因PteAUX1、LsuAUX1和PcoLAX2,响应因子PteARF11和PcoARF11五个目的基因,对CDS序列不完整的基因进行RACE克隆全长,以拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AthAUX1基因为参考对PteAUX1、LsuAUX1和PcoLAX2三个基因进行跨膜区的预测,突变位点比对,分析这三个基因是否发生突变、功能是否完整;进行系统进化树及同源性分析,分析三个基因与基因家族成员之间的同源性并据此命名;在对PteAUX1、PteARF11和LsuAUX1进行相对表达量的测定,探究生长素对珠芽发育过程的作用。研究结果如下:1.从半夏、滴水珠和淡黄花百合转录组分别筛选得到793、656和487个生长素代谢和信号转导相关的Unigene,分别包括合成途径的87、66和36个Unigene,代谢途径相关Unigene分别是39个、74个和71个。生长素运输途径相关Unigene基因分别有58个、81个和102个。信号转导途径中分别筛选得到609个、435个和278个Unigene。半夏转录组测序鉴别了YUCCA基因和AAO基因等的同源Unigene;滴水珠中鉴别了利用色氨酸前体合成生长素的腈水解酶(nitrilase,NIT),YUCCA基因和吲哚乙醛氧化酶等基因的同源Unigene;淡黄花百合转录组测序鉴别了利用色氨酸前体合成生长素的腈水解酶、色氨酸氨基转移酶(Tryptophan Aminotransferase of Arabidopsis 1/Shade Avoidance 3,TAA1/SAV3)、YUCCA基因和吲哚乙醛氧化酶等基因的同源Unigene,表明半夏、滴水珠和淡黄花百合的生长素合成途径都包含有吲哚丙酮酸途径,但是半夏中没有鉴别出吲哚乙腈途径的相关Unigene。表达谱显示在滴水珠叶柄和珠芽之间与珠芽和块茎之间都有生长素合成代谢、失活代谢、运输途径和信号转导等途径的DEGs,分别是280个和184个;淡黄花百合的表达谱显示在珠芽原基和膨大期珠芽之间,珠芽原基和茎之间生长素代谢和信号转导相关途径中存在大量DEGs,其数量分别是197个和189个。半夏的叶柄和珠芽原基之间,珠芽原基和膨大时期珠芽之间也存在大量生长素代谢和信号转导相关途径中的DEGs,分别是173个和50个。2.根据半夏、滴水珠和淡黄花百合生长素代谢及信号转导中共同有表达差异的基因筛选出目的基因,在三种植物共同有差异表达的是AUX1/LAX基因(Unigene4372_All(PteAUX1)、Unigene12362_pcoor(PcoLAX2)和Unigene20438_lisul(LsuAUX1))和ARF11基因(CL8576.Contig1_All(PteARF11)和Unigene1025_pcoor(PcoARF11)),选择以上5个基因做为进一步研究的靶基因。3.LsuAUX1基因RACE克隆得到2037 bp,编码495个氨基酸;PcoLAX2基因RACE克隆得到2313 bp,编码530个氨基酸,转录组测序已经得到了PteAUX1基因的全长,序列全长有2327 bp,编码492个氨基酸。经过比对转录组测序得到的PteARF11基因是全长,PteARF11基因序列有4097 bp,编码1022个氨基酸。PcoARF11基因RACE克隆得到4127 bp和3549 bp的序列,分别编码715个氨基酸和975个氨基酸。4.同源比对及系统进化树分析淡黄花百和半夏与拟南芥的AthAUX1的位置比较近因此命名为PteAUX1和LsuAUX1,滴水珠的和拟南芥的AthLAX2的进化位置近,因此命名为PcoLAX2。由于三种植物和拟南芥的AthAUX1蛋白预测的跨膜区是一致,LsuAUX1、PteAUX1和PcoLAX2三个蛋白是定位在细胞膜上,含有11个跨膜区。以拟南芥的AthAUX1蛋白为参考,比对发现突变位点主要在C-端和N-端,功能重要位点没有发生突变。对LsuAUX1、PteAUX1和PcoLAX2的三维结构、功能分析结果显示:突变位点存在于非关键结构域、突变对三维结构的影响小,这些蛋白在相应的物种中都应该具有运输生长素功能,运输蛋白基因的表达量变化可调控生长素的运输、积累,从而调控珠芽的发育。5.半夏中PteAUX1和PteARF11,淡黄花百合中LsuAUX1的组织表达量定量分析及不同组织淡黄花百合中ARF基因家族的表达量(表达谱)分析结果表明:珠芽发育的过程中,珠芽发育早期生长素由顶端的叶片运输到珠芽发生位置或珠芽原基;珠芽发育到膨大时期,叶片输入生长素减少、珠芽内部自主生长素合成能力增强。生长素在珠芽发生部位/珠芽原基中的积累诱导下游响应因子发生表达变化(如PteARF11),结果符合“生长素在珠芽发育时起到调控作用”的假设。
【图文】：

路线图,研究技术,路线,珠芽

研究技术路线

物种分布,物种分布,珠芽,差异表达基因

图 2.3. 淡黄花百合 NR 库注释物种分布图s distribution of NR annotated sequences for L. sulphureum果珠芽原基（piter_02）、膨大珠芽（piter_03）、收获雄花（piterr_06）、雌花（piter_07）和种子（p别得到 89 241、95 867、90 708、89 879、91 545。选主要的研究的四个样品组织（piter_01、pit到的 Unigene 进行 venn 图制作（图 2.4A），四 Unigene，piter_01 特有 2691 个 unigene，piter_iter_03 特有的 Unigene 是最少的，，有 1866 个 Un在 piter_01、piter_02 和 piter_03 差异表达基因（ Unigene 具有明显的差异表达；piter_01 vs pite
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

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