大豆E1基因及其豆科植物高度同源序列的功能保守及分化研究

发布时间：2017-12-06 16:24

  本文关键词：大豆E1基因及其豆科植物高度同源序列的功能保守及分化研究

  更多相关文章： E1 同源基因 模式植物 豆科植物 开花期

【摘要】：大豆生育期基因E1是大豆光周期开花调控网络中的核心调控因子。本研究以生物信息学为基础,分析了E1基因及其高度同源序列基因和蛋白结构及其进化关系,并对E1、PvE1L和MtE1L等基因通过遗传转化研究基因在开花调控中的功能,揭示E1基因及其同源基因间的功能保守性或功能分化规律。主要研究结果如下:1、明确了E1基因及其高度同源序列基因、蛋白序列结构及其进化关系本研究中在豆科植物中获得了E1基因高度同源序列8条(与E1基因一并统称为E1基因家族);生物信息学分析结果表明E1基因家族基因都只含有外显子,同时其编码蛋白序列和结构相似,都含有一个双边核定位信号(NLS)和一个保守的B3远缘相关结构域(B3-like结构域)。与大部分基因的B3结构域相比,在MtE1L和LjE1L各含有1个额外的螺旋结构;CcE1L2中则含有2个额外的螺旋结构;E1基因家族进化分析结果表明,9个基因主要分为两个主要进化分枝,一枝来源于Millettioid/Phaseoloid的E1、E1La、E1Lb、PvE1L、CcE1L1和CcE1L2,另一枝为来源于Hologalegina的LjE1L、MtE1L和CaE1L;共线性分析以及基因进化时间估算结果显示,除大豆中E1La和E1Lb外,与E1基因亲缘关系最近的是PvE1L基因,同时,E1和E1La/E1Lb间的分化源于大豆第二次全基因组复制后。2、明确了E1、PvE1L和MtE1L基因在豆科作物中的基因功能本研究中分别克隆了E1、PvE1L和MtE1L基因并构建了植物表达载体,以e1-as基因型大豆栽培品种东农50为遗传转化受体,通过根癌农杆菌介导大豆子叶节方法将目的基因整合到大豆基因组中并成功表达。开花期及重要农艺性状表型调查结果显示,E1基因和PvE1L基因转基因大豆株系不论在长日照或短日照条件下表型相似,与野生型相比其开花时间更晚,同时株高更高并且节数更多,但其平均节间距则与野生型株系无显著差异;但是,MtE1L基因转基因株系其花期及重要农艺性状则与以上转基因株系存在显著差异,其花期与野生型株系无显著差异,然而,不论在长日照还是短日照条件下,其株高较之野生型更矮,并且节数、节间距也更少、更短。除此之外,在蒺藜苜蓿中的表达分析结果显示,MtE1L基因在长日照条件下表达水平更高;并特异表达于叶片中,尤以完全展开三出复叶最高;其表达模式以24h为一周期,在一个周期内呈现明显的双峰型,分别在ZT4和ZT16时表达水平达到最高。结果表明MtE1L基因表达受光周期影响。mte1l蒺藜苜蓿突变体分析进一步发现,当MtE1L基因失去功能后,mte1l突变株系表现为晚花表型。以上结果表明MtE1L基因在蒺藜苜蓿中作为开花促进因子参与其光周期开花调控,这与E1基因在大豆开花调控中的功能相反。综上所述,PvE1L基因为E1基因的直系同源基因(Ortholog),并且E1和PvE1L在开花调控上功能可能是保守的,但是MtE1L基因与之相较其开花调控模式不同。3、大豆E1基因调控开花功能为豆科植物所特有通过序列比对,在除豆科植物外的其他植物中均为检索到大豆E1基因的同源序列;本研究以拟南芥哥伦比亚生态型(Col-0)和水稻栽培品种龙粳11为试验材料,分别通过花序浸蘸法和水稻农杆菌介导法对拟南芥和水稻进行遗传转化。对野生型株系和转基因株系花期的调查结果及拟南芥CO、FT和水稻Hd1、Hd3a基因表达水平的检测结果显示,在长日照条件下,野生型拟南芥、空植物表达载体转基因株系和E1超表达转基因株系其花期以及莲座叶数均没有显著差异,同时,拟南芥光周期开花调控网络中核心基因CO和FT的表达水平在不同株系中也无显著差异;在短日照条件下,野生型水稻和E1超表达转基因株系其始穗期也无显著差异。与拟南芥表达结果相一致的是,水稻光周期调控网络核心基因Hd1和Hd3a的表达水平也无显著差异。综合以上结果,作为大豆光周期开花调控分子机制中核心调控因子的E1基因在长日照模式植物拟南芥和短日照单子叶植物水稻中异源表达均不能影响其开花调控,预示着大豆E1基因的开花调控功能需要大豆或近缘种的遗传基础。综上所述,本研究明确了E1基因家族各成员之间在进化中的关系;明确了E1基因开花调控需要大豆或近缘种的遗传基础;也进一步明确了PvE1L基因是E1基因的直系同源基因并且PvE1L基因可能与E1基因一样,能够作为开花抑制因子参与开花调控,然而MtE1L作为开花促进因子参与蒺藜苜蓿的开花调控。预示着E1基因家族各基因成员的开花调控功能与种系密切相关,这为豆科植物的光周期开花调控分子机制的研究提供了重要的理论依据和研究方向。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张玉芳;赵丽娟;曾幼玲;;基因表达研究中内参基因的选择与应用[J];植物生理学报;2014年08期

2 李旭平;乐卫东;;单细胞基因表达分析技术在神经科学研究中的应用[J];生理科学进展;2006年01期

3 胡瑞波;范成明;傅永福;;植物实时荧光定量PCR内参基因的选择[J];中国农业科技导报;2009年06期

4 常青山,余增亮;基因表达分析方法及其研究进展[J];生物技术通报;2002年06期

5 占祖兵;张越;赵若苹;王文;;炓腹果蝇中嵌合新基因的进化命运和表达模式[J];动物学研究;2011年06期

6 何琳;何娟;沈耕宇;杨波;黄水清;;一种通过文本挖掘发现实时定量聚合酶链式反应实验内参基因的方法研究[J];现代图书情报技术;2012年Z1期

7 王怡,王海平,王全立;基因表达系列分析技术研究进展[J];医学分子生物学杂志;2004年03期

8 吴志革;邹方东;;强大的广谱基因表达分析技术——基因表达系列分析法[J];四川动物;2006年03期

9 胡赓熙;检查基因表达分析的生物技术——cDNA阵列开发成功[J];中国科学院院刊;2000年03期

10 郑芳,周新,严明,叶水清,刘芳;微量材料系列性基因表达分析技术的研究[J];生物化学与生物物理进展;2002年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 陈维;;文昌鱼SOX9基因的克隆与分析[A];遗传学与社会可持续发展——2010中国青年遗传学家论坛论文摘要汇编[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘胜浩;南极丝瓜藓耐逆相关功能基因的发掘和功能研究[D];山东大学;2015年

2 孟璐;癌细胞中OCT4B的功能及所调控的p53新变体研究[D];中国农业大学;2015年

3 齐笑笑;梨果实萼片宿存与脱落过程基因表达谱分析及PsIDA、PsJOINTLESS基因功能的初步研究[D];南京农业大学;2014年

4 陈鑫;转录组数据的共表达分析和扩展应用[D];吉林大学;2016年

5 李斌;拟南芥转录因子TCPs和表观遗传因子CLF及LHP1抑制KNOX基因的分子机制研究[D];复旦大学;2012年

6 张晓红;陆地棉开花相关基因的功能研究及调控分析[D];西北农林科技大学;2016年

7 高健;玉米抗纹枯病全基因组差异表达基因分析及分子调控机制研究[D];四川农业大学;2015年

8 孙海燕;正向选择驱动被子植物4-香豆酸辅酶A连接酶基因的功能分化[D];华中农业大学;2013年

9 张腾;大白菜抗根肿病基因CRb的分离克隆与功能鉴定[D];沈阳农业大学;2015年

10 刘莹;番茄心室形成相关调控基因的初步分析[D];沈阳农业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 其木格;玉米黏虫转录组学研究及RNAi机制相关基因的克隆[D];内蒙古大学;2015年

2 刘祖碧;决明种子转录组学分析及胰蛋白酶抑制剂基因的克隆与功能研究[D];西南交通大学;2014年

3 张毛毛;水稻OsmtATPS1基因的克隆及功能初步分析[D];西北农林科技大学;2015年

4 靳晶豪;辣椒疫病抗性相关基因CaPT11和CaHIR4的克隆及初步功能分析[D];西北农林科技大学;2015年

5 肖瑶;茶树AsA代谢相关酶基因的克隆及表达分析[D];西北农林科技大学;2015年

6 杨立清;甜瓜CMe-ERF1和CMe-ERF2基因的功能研究[D];内蒙古大学;2015年

7 李亚莉;苹果磷脂酸合成途径相关基因的生物信息学分析及DGK基因表达分析[D];西北农林科技大学;2015年

8 徐伟;小麦bZIP基因TaGBF参与植物开花调控机制研究[D];山东大学;2015年

9 位正玉;ABA胁迫相关的小麦MAC基因的克隆及功能研究[D];山东大学;2015年

10 岳思思;拟南芥AT2G17350基因功能的初步研究[D];陕西师范大学;2015年

，

本文编号：1259227