ZmNAC77调控拟南芥油脂代谢及响应盐旱胁迫的功能研究

发布时间：2020-04-26 04:50

【摘要】：脂质代谢物是生物能源贮藏的载体(如三酰甘油),是植物自身保护物质(蜡质)和逆境反应中信号分子的前体物质,对植物的生长发育、营养物质累积起关键作用。因此深入解析油脂合成、转化和分解的调控机制,鉴定关键脂质调控基因在非生物逆境中的生物学功能,对于增加玉米产量、提高籽粒品质和增强抗性具有重要意义和应用前景。基于前期获得的研究数据,本课题采用全基因组动态关联分析(Liquid association,LA)方法,全基因组范围内鉴定与26个含油量关联基因的表达模式动态关联的候选基因,并筛选到调控多个基因对共表达模式的关键基因ZmNAC77;通过对ZmNAC77进行候选基因关联分析、表达分析、转录激活活性分析和转基因验证,初步探讨该基因在脂代谢和非生物逆境中的生物学功能。主要研究结果如下:1、基于前期的研究结果,以X=26个含油量关联基因,Y=26个含油量关联基因,Z=全基因组基因进行LA分析。在全基因组显著水平下(P1.89×10~(-6)),共检测到58318对共表达模式动态关联的基因对。对190个热点调控基因进行GO富集分析结果显示,Z基因主要在生物学功能显著富集。重点关注LA绝对值最大的Z基因,该基因编码NAC77蛋白,命名为ZmNAC77。ZmNAC77负调控共表达基因对LACS与DAGL的共表达模式(LA=-0.45,P=1.87E-04)。提取该基因上下游100kb范围内的SNP进行区段关联分析,鉴定到89个与油分含量显著关联的信号,初步验证了该基因参与调控油脂代谢途径。2、构建ZmNAC77基因的crispr和过表达载体,并转入玉米和拟南芥Col-0中。利用GC-MS对拟南芥纯合转基因株系进行脂肪酸含量测定,结果显示过表达ZmNAC77的转基因阳性株系的脂肪酸含量较野生型的脂肪酸含量偏低;并利用ZmNAC77过表达转基因植株对LA结果进行验证,发现基因对LACS与DAGL的表达模式无显著相关性,验证ZmNAC77的负调控作用方式。3、对ZmNAC77的结构特征进行分析发现,ZmNAC77的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)全长为1983 bp,编码660个氨基酸,其中23个氨基酸组成跨膜结构域;通过对ZmNAC77进行系统进化分析、氨基酸序列分析和蛋白质三级结构预测结果显示,确定ZmNAC77具有NAC转录因子家族的结构特征,与拟南芥中的ANAC072亲缘关系最近。对该基因进行组织表达分析发现,ZmNAC77是非组织特异性表达;生殖生长时期表达量相对较高;与油脂代谢趋势一致,该基因可能参与油脂代谢调控。亚细胞定位表明ZmNAC77定位在细胞膜及细胞核,且不具有酵母自激活活性。进一步研究ZmNAC77在抗逆胁迫中的作用发现,过表达ZmNAC77的转基因植株比野生型具有更强的耐盐抗旱能力,证明ZmNAC77的基因多效性,在植物抗逆途径中也发挥重要作用。
【图文】：

示意图,动态关联,基因对,共表达

我们课题组通过动态关联分析的方法深入研究基因对，，进而解析类胡萝卜素代谢过程中相关基因表达调控的分子机制内鉴定参与油份代谢过程的潜在功能基因。类胡萝卜素代谢途径析发现，基因 tRBl, lcyE, lcyB,ZEPI 和 YDE 在 α-胡萝卜素合成分支中起到重要的调控作用[55-57]。同时利用含油量表型值进行全基 580 个调控基因可以影响 23 个基因表达量与含油量的相关性[58-脂代谢调控过程的，验证 LA 分析是研究基因表达调控最前沿有析可帮助我们挖掘出与玉米籽粒油脂代谢调控相关的潜在调控因提供新的研究方法及理论依据。获得的研究数据和分析平台，本研究采用 LA 分析方法，全基因含油量关联基因的表达模式动态关联的候选基因；通过候选基因关录激活活性分析和转基因技术验证候选基因的功能，试图进一步的遗传及分子机制。

转录因子,结构示意图

ZmNAC77 调控拟南芥油脂代谢及响应盐旱胁迫的功能研究录因子家族是近年来在植物体内发现的第一大类型的特异性转录因子。NA的命名源于矮牵牛的 NAM、拟南芥的 ATAF1、ATAF2 和 CUC2 的首字母缩写明，在拟南芥、烟草、水稻、大豆及杨树等多种植物中鉴定出 100 多个 NA；NAC 转录因子调控植物生长发育、激素调节和参与植物非胁迫响应过程谢途径，同时在籽粒油脂代谢调控机制中发挥重要的作用[64]。AC 转录因子的结构特点C 转录因子是一类 N 端高度保守的蛋白，该保守结构域约由 150 个氨基酸构 DNA 或其他蛋白发生特异性结合，是 NAC 蛋白的结合域，NAC 保守结构、B、C、D、E 五个子结构域[65]，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

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