油料作物酰基脂类代谢基因和转录因子及油体钙蛋白的基因组学分析

发布时间：2017-12-08 00:16

  本文关键词：油料作物酰基脂类代谢基因和转录因子及油体钙蛋白的基因组学分析

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【摘要】：植物油与人类生活关系密切。人们对植物油的需求逐年增长,供不应求。因此,如何提高油料作物含油量亟待解决。在植物中,酰基脂类除了脂肪酸和三酰甘油外,还包括脂肪酸合成的其它脂类,如:磷脂,糖脂,鞘脂,氧脂素,蜡质等等。它们在多个生物过程中发挥作用,与植物生长息息相关,从而影响作物产油量。油菜,包括白菜型油菜和甘蓝型油菜,是世界上第三大油料作物,同时也是我国种植最广泛的油料作物之一。其中,白菜型油菜属于白菜,白菜与甘蓝是甘蓝型油菜的二倍体亲本。白菜、甘蓝与甘蓝型油菜属于芸薹属,与拟南芥同属十字花科。作为模式作物,拟南芥中酰基脂类代谢相关研究开展较早。因此,本研究充分利用拟南芥酰基脂类家族的相关研究,在基因组水平上建立白菜、甘蓝及甘蓝型油菜油菜脂类代谢基因及调控因子数据库,对相关基因进行注释及综合分析,为以后的研究者提供查询平台。为油菜油脂含量与组分改良提供理论依据,同时也为其它作物积累油脂及改良脂肪酸组分提供宝贵信息。并以油体钙蛋白家族为例,在多个植物基因组中对其结构特征、复制模式及时空表达等等进行综合分析,以期为油体钙蛋白基因的功能研究奠定基础,亦为其它脂类代谢基因的深入研究提供借鉴。本文主要研究内容及结果如下:(1)在基因组水平上研究白菜、甘蓝及甘蓝型油菜中酰基脂类代谢及其调控机制,建立脂类代谢基因数据库。以拟南芥中782个脂类代谢基因及转录因子为基础,在白菜、甘蓝及甘蓝型油菜中分别注释1241个、1251个和2556个脂类代谢相关基因及相关转录因子。其中几乎所有甘蓝基因、237个白菜及492个甘蓝型油菜基因及转录因子是首次注释。同源基因数的偏好性分析表明,白菜及甘蓝中参与脂肪酸合成、真核磷脂合成、三酰甘油合成和木栓质合成的基因对多拷贝有明显偏好。复制分析表明,基因组加倍导致的部分复制是芸薹属脂类代谢基因家族成员增多的主要因素。对时空表达进行统计分析,结果表明白菜中110个及甘蓝型油菜中473个基因及转录因子可能与种子中脂类代谢关系密切;白菜15个及甘蓝型油菜151个脂类基因及转录因子与逆境应答相关。另外,六个古老的甘蓝型油菜基因可能对酰基脂类代谢发挥积极作用。白菜中500多个基因及转录因子在种子与其它积累油的器官(叶、花)中差异表达;甘蓝型油菜116个基因及2个转录因子在种子与叶中差异表达。(2)综合分析拟南芥中的八个编码油体钙蛋白的基因。根据分子量的大小,首次将油体钙蛋白分为H型和L型两类,且基序分析,多重对比以及进化树的结果都支持该结果。对油体钙蛋白的理化性质,进化模式及表达模式进行分析,结果表明,L型油体钙蛋白可能是由H型进化而来,部分复制及串联复制是拟南芥油体钙蛋白家族扩张的主要方式。另外,基于启动子分析,预测拟南芥中油体钙蛋白可能参与钙信号转导及油脂积累。(3)系统分析三种豆科植物中油体钙蛋白家族。从大豆,菜豆和苜蓿基因组共鉴别出20个油体钙蛋白编码基因。复制模式分析表明串联复制是三种豆科植物中油体钙蛋白家族扩张的主要方式。结合保守域及表达模式分析表明3个油体钙蛋白编码基因可能失去功能,而如Gma CLO2等四个基因可能具有更重要的功能,并对它们的功能进行预测。(4)综合分析十字花科中油体钙蛋白家族。在芸薹属及琴叶拟南芥基因组中得到51个油体钙蛋白编码基因,其中31个油体钙蛋白是首次得到注释。部分复制是十字花科中油体钙蛋白编码基因的主要复制方式。保守域及进化分析表明,H型和L型的油体钙蛋白的结构及理化特性存在差异,且为H型油体钙蛋白由L型进化而来提供有力证据。基因结构分析表明十字花科中油体钙蛋白的编码基因结构高度保守。综合分析表明,如Br CLO3-3和Br CLO4-2等八个基因值得进一步研究,而Br CLO2和Bo CLO8-2可能失去了功能。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2
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本文编号：1264333