植物转录因子NAP的系统发育及其对叶片衰老的调控

发布时间：2017-12-05 04:02

  本文关键词：植物转录因子NAP的系统发育及其对叶片衰老的调控

  更多相关文章： NAP亚家族 分子进化 物种特异性扩增 植物界 棉花 叶片衰老 转录因子 脱落酸

【摘要】：NAP (NAC-Like, Activated by AP3/PI)是转录因子NAC家族中一个重要成员,简称NAP亚家族。NAP亚家族是植物所特有的转录因子,其在调控植物生长发育、响应外界环境胁迫以及控制叶片衰老等方面有着重要的作用,尤其可以通过调控叶片衰老进而影响植物的产量和品质,这已引起科研工作者的关注。然而目前有关NAP亚家族的研究主要集中在拟南芥和水稻这些模式植物上,在非模式植物如棉花上的研究较少。棉花是一种重要的经济作物,在国民经济中占有重要的地位,但有关NAP成员在棉花上的相关研究还未见深入的报道。因此本研究以NAP亚家族为切入点,首先对玉米以及其他植物中的NAP成员进行研究,进而推广到棉花这一非模式植物上,并对陆地棉中一个NAP成员(GhNAP)与叶片衰老相关的功能及其调控机制进行深入探究,全方位阐明GhNAP的系统发育进程、结构特点以及调控叶片衰老的功能。研究的主要结果如下： 1.利用古多倍体植物玉米的基因组数据库,分离到124个NAC成员,进一步将其划分为13个NAC亚家族。全基因组复制事件尤其是额外的全基因组复制事件可能在ZmNAC扩增中具有重要的作用。不同的亚家族有不同的扩增速率,ZmNAC家族的扩增集中出现在一些NAC亚家族中。另外,玉米的复制事件可能发生在玉米和谷子这两个物种分化以后,并且片段复制事件在玉米的基因复制事件中扮演着重要的作用。ZmNAC的扩增也与内含子的获得和缺失有关。在基因复制以后,复制基因发生了有限的功能分化。此外,玉米的NAP亚家族包含较少的成员,未发生任何基因复制事件,并且其基因结构以及内含子相位相对保守,同时玉米中NAP成员的功能与其他植物中NAP成员的功能类似,这表明NAP成员的结构和功能在玉米中可能是相对保守的。 2.通过对39种植物的全基因组进行分析,发现197个NAP成员分布在31种维管束植物中,而在8种非维管束植物中并未发现NAP成员的存在。所有的NAP成员可以在进化上分为两组(NAP Ⅰ和NAP Ⅱ),并且NAP Ⅰ的起源时间可能晚于NAP Ⅱ的起源时间。在物种分化以后,物种内的基因复制尤其是片段复制事件可能导致了NAP成员的扩增,而且该扩增还与内含子的获得和缺失有关。另外,在基因复制以后功能分化是有限的,同时也发现ABA在NAP亚家族调控的叶片衰老过程中可能发挥着很重要的作用。 3.在棉花中,采用电子克隆和传统PCR克隆相结合的方法克隆出了与拟南芥AtNAP同源的NAP亚家族成员GhNAP,结果发现GhNAP具有典型的NAP亚家族结构特点,即GhNAP包含相对保守的NAC区,并且可以进一步分为5个不同的亚区(A到E),同时其TAR区包含一个相对保守的NAP Ⅰ亚区。另外,对GhNAP在植物界中的进化进行分析,发现GhNAP与拟南芥AtNAP聚在一个分枝上,都属于NAP Ⅰ组成员。通过互补实验发现GhNAP可以互补拟南芥atnap突变体的滞绿表型,这表明陆地棉中的GhNAP是拟南芥AtNAP的一个直系同源基因。 4.基因多拷贝现象在棉花中经常存在,本研究发现GhNAP具有四个拷贝(GhNAP_a、GhNAP_b、GhNAP_c和GhNAP_d),每一个拷贝都包括三个外显子和两个内含子；并且GhNAP_a和GhNAP_b可能来源于A基因组祖先棉种,而GhNAP_c和GhNAP_d可能来源于D基因组祖先棉种；同时NAP成员在陆地棉中的数目扩增是在种间杂交以后发生的,并非在祖先种中发生。此外,通过序列比对以及分化时间的分析发现,在GhNAP中,A亚基因组的拷贝更易转变成D亚基因组的拷贝。对其功能进行初步分析发现,GhNAP的功能与目前较为接近的祖先棉种(亚洲棉和雷蒙德氏棉)中的NAP成员功能类似,但不同拷贝之间可能出现了一些功能的分化现象。 5.异位表达实验表明,过表达GhNAP可以引起拟南芥叶片早衰,但在转GhNAPi株系中,其叶片衰老现象得到适当的延缓；在棉花中,降低GhNAP的正常表达可以适当延缓叶片衰老。相似的现象也出现在黑暗诱导叶片衰老的实验中。因此,GhNAP可以在棉花中成为一个指示棉花叶片衰老进程的衰老标记基因,同时在自然和黑暗环境下GhNAP在叶片衰老中均起着重要的作用。此外,在棉花中降低GhNAP的正常表达可以延缓叶片衰老,进而对棉花的产量和品质产生影响。 6. GhNAP具有转录激活活性,其转录激活区域主要位于GhNAP中相对多样化的TAR区。另外,GhNAP的亚细胞定位在细胞核处,这些结果表明GhNAP可能以转录因子的角色调控叶片衰老。通过对其启动子、外源ABA响应、内源ABA含量以及ABA相关基因表达的分析,发现在GhNAP调控叶片衰老过程中,ABA发挥着重要的作用。酵母单杂交实验发现GhNAP的直接下游靶基因不是GhSAG113,这表明在调控叶片衰老中,棉花GhNAP以一种不同于拟南芥AtNAP的调控模式调控叶片衰老。 综上所述,本研究利用比较基因组学的方法对玉米以及其他植物中的NAP成员进行分析,发现NAP亚家族在植物界中的结构和功能具有一定的保守性。在此基础上,从陆地棉中克隆出一个NAP Ⅰ组成员GhNAP,发现GhNAP在陆地棉中具有多拷贝现象,同时GhNAP可以通过ABA介导途径以一种不同于拟南芥AtNAP的调控模式来调控叶片衰老,进而影响棉花的产量和品质。这些结果不仅对陆地棉的进化历程和NAP亚家族调控叶片衰老相关机制的研究起到一定的推动作用,同时也为其他植物尤其是多倍体植物的育种提供了一个具有潜在育种价值的候选基因。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q943.2

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王世伟;杨晓杰;王中革;杨小花;李旭业;冯柠;;RAPD分子标记对高粱DNA经花粉管导入玉米自交系的验证[J];齐齐哈尔大学学报(自然科学版);2011年01期

2 吴建国;蔡丽君;胡梅群;谢荔岩;林奇英;吴祖建;谢联辉;;水稻瘤矮病毒P3、P7、P8、Pn9、Pn10、Pn11、Pn12的酵母双杂交载体的构建及自激活效应检测[J];热带作物学报;2009年09期

3 张燕君,周同度,赵双宜,粟翼玟,黄承彦,赵经荣;大豆自花授粉后外源DNA导入技术的验证[J];山东大学学报(自然科学版);1992年04期

4 张燕君,赵双宜,周同度,粟翼玟;牛酪蛋白基因导入大豆的研究[J];山东大学学报(自然科学版);2000年03期

5 褚启人;叶承道;;禾谷类作物外源基因导入及表达的研究进展[J];上海农业学报;1991年01期

6 李建粤,黄剑清,许燕,史骏;大豆DNA导入水稻引起后代种子贮藏蛋白变异[J];上海农业学报;1997年04期

7 吴健;刘学;王永红;;植物重要功能基因研究进展及其应用[J];生命科学;2011年02期

8 赵翠珠;刘振华;赵赫;向凤宁;;植物NAC膜结合转录因子的研究进展[J];生命科学;2012年01期

9 刘旭;李玲;;植物NAC转录因子的研究进展[J];生命科学研究;2008年04期

10 王灵芝;宋卫海;王秀丽;;转录因子及其在植物干旱胁迫响应中的作用[J];现代生物医学进展;2012年16期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李伟;韩蕾;巨关升;钱永强;孙振元;;草地早熟禾转录因子PpNAC的克隆和表达载体的构建[A];中国观赏园艺研究进展2011[C];2011年

2 黄骏麒;林栖凤;李冠一;;第三章 植物分子育种的研究与应用[A];植物分子育种——第四届全国植物分子育种学术研讨会论文集[C];2004年

3 林栖凤;李冠一;周海龙;;第五章 若干问题的探讨[A];植物分子育种——第四届全国植物分子育种学术研讨会论文集[C];2004年

4 娄运生;周文鳞;王佳;顾夏天;;转基因水稻根系残体对水稻土CO_2和CH_4排放的影响[A];Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health（CEPPH 2012）[C];2012年

5 吕彦霞;张海娟;张梅;余小林;;植物NAC转录因子的研究进展[A];中国园艺学会十字花科蔬菜分会第十届学术研讨会论文集[C];2012年

6 郭玉平;郭显;周佳佳;桂丽娟;孙觅真;袁延超;邢会贤;伊海法;王丽媛;宋宪亮;孙学振;;不同棉种同义密码子偏爱性分析[A];山东省棉花学会第六次代表大会暨学术讨论会论文汇编[C];2013年

7 袁迎迎;李雅男;梁云;冯慧颖;徐雷锋;袁素霞;刘春;明军;;依据ABC1基因家族研究进程探讨其在高等植物中功能研究的策略[A];中国观赏园艺研究进展（2013）[C];2013年

8 付建新;杨立文;亓帅;戴翼;戴思兰;;甘菊SOC1同源基因ClSOC1-a和ClSOC1-b功能研究[A];中国观赏园艺研究进展（2013）[C];2013年

9 王丹;陈亮;;茶树对茶尺蠖抗性机制研究的最新进展[A];第十六届中国科协年会——分12茶学青年科学家论坛论文集[C];2014年

10 李菲;柳展基;王立国;刘勤红;刘任重;;棉花抗逆转录因子基因GhMYB12的克隆与分析[A];中国棉花学会2014年年会论文汇编[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈良;油菜抗逆相关基因的鉴定和功能研究[D];华中师范大学;2011年

2 张立全;利用转基因技术创建紫花苜蓿耐盐新种质的研究[D];内蒙古大学;2011年

3 佘茂云;小麦组织培养再生相关基因克隆及分子特性分析[D];中国农业科学院;2011年

4 赖燕;辣椒均一化全长cDNA文库的构建及若干重要基因的表达或功能分析[D];福建农林大学;2011年

5 孙清华;盐芥TsVP启动子核心区域的鉴定及其上游调控蛋白的功能分析[D];山东大学;2011年

6 韩小娇;杨树木质部细胞程序化死亡的类Caspase、PtVPE与PtCDD作用研究[D];中国林业科学研究院;2011年

7 陈云霞;竹子中叶片衰老相关基因的分离及功能研究[D];南京林业大学;2011年

8 王晓敏;小麦与条锈菌互作过程中活性氧和防御基因的防御反应及抗病相关基因的鉴定与功能验证[D];西北农林科技大学;2010年

9 付行政;农杆菌介导的MdSPDS1、AhBADH、PtrICE1基因转化柑橘及转基因植株抗性机理研究[D];华中农业大学;2011年

10 张磊;转hrfl基因水稻耐旱性及其转录谱分析[D];南京农业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 范锐;脐橙（Citrus sinensis Osbeck）果实采后商业贮藏中基因表达的芯片分析及候选基因的表达验证[D];华中农业大学;2010年

2 曹银川;柑橘NAC转录因子的克隆与表达分析[D];华中农业大学;2010年

3 任勇攀;外源RNA导入普通小麦中国春后的变异分析[D];山东农业大学;2009年

4 赵阳;蒺藜苜蓿全基因组NBS类型抗病基因及其进化分析[D];安徽农业大学;2010年

5 沈玮玮;菰抗病候选基因筛选及其转基因水稻白叶枯病抗性分析[D];江西师范大学;2010年

6 何毅敏;海藻糖基因表达载体构建及转化洋桔梗研究[D];昆明理工大学;2009年

7 张海娟;芜菁胚发育相关基因BcNAC2的功能分析[D];浙江大学;2011年

8 辛一;皱纹盘鲍和杂色鲍的线粒体编码区序列分析[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2010年

9 孙晓莉;平邑甜茶MhWRKY15基因的克隆及表达分析[D];山东农业大学;2011年

10 陈兰;拟南芥CBL1基因在玉米中遗传转化的研究[D];吉林大学;2011年

，

本文编号：1253460