《华中农业大学》2015年博士论文

发布时间：2016-12-26 13:31

  本文关键词：水稻BAHD酰基转移酶的功能鉴定，由笔耕文化传播整理发布。

《华中农业大学》 2015年

水稻BAHD酰基转移酶的功能鉴定

高彦强  

【摘要】：植物代谢物种类繁多,目前已知就达到20-100万种。代谢物在植物自身生长发育资源分配以及各种生物非生物胁迫起着重要功能。O-酰基化和N-酰基化分别产生酯类和酰胺,是最主要的次生代谢物的修饰之一。BAHD酰基转移酶是植物中所特有的,参与多种植物次生代谢物的合成和修饰,如类黄酮、生物碱、萜类、多胺、花青素和挥发性酯类的酰基化修饰等。LC-MS(液相色谱-质谱联用)是一种高效的检测植物次生代谢物方法。本实验室基于MIM-EPI(多离子监测模式-增强子离子扫描)和MRM(多反应监测模式)建立了LC-MS代谢组学平台,构建了水稻不同组织MS2T(二级质谱标签)数据库,利用标准品鉴定了近200种代谢物,发展了一种广谱定向的代谢组学研究方法。该方法可以在较短的时间内(30min)检测800多种代谢物,同时实现定性与定量。基于此LC-MS平台,我们利用MH63和ZS97为亲本的210个RILs(重组自交系)群体来研究水稻代谢组的遗传调控。在抽穗期剑叶和发芽72h的种子中共检测了900多种代谢物,剑叶中定位了1884个m QTL(代谢数量性状座位)位点,种子中定位了937个m QTL位点。通过分析代谢谱及m QTL的定位结果,揭示了两个组织中代谢物不同的积累模式和遗传调控模式,并利用MH63导入ZS97的大片段导入系(IL)群体在剑叶中初步验证了m QTL的结果。在所选定的64个代谢物中,有50个m QTL的结果至少在两个家系中得到了验证。根据m QTL定位的结果,通过代谢物结构并结合生物信息学分析筛选到了24个候选基因。对于其中一个控制黄酮酰基化的QTL位点,我们选取了2个BAHD酰基转移酶作为候选基因,最终通过体内转基因的方法验证了这个QTL位点,初步研究了Os02g28170(Os Ma T2)和Os02g28340(Os Ma T3)的功能。m QTL的研究为水稻代谢组学提供了大量高质量的数据和结果,深化了人们对水稻代谢组的遗传基础的理解,有助于搭建基因组和表型组之间的桥梁。为了进一步解析水稻代谢组自然变异的遗传和生化基础,我们利用529个水稻自然品种来研究水稻代谢组自然变异的遗传和生化基础。在五叶期叶片中共检测了840种代谢物并进行了m GWAS(代谢全基因组关联分析)。通过自然品种代谢谱的分析,发现水稻代谢物在不同品种间及籼稻粳稻两个亚种间存在巨大差异。通过物质解析,结合芯片数据、表达谱、基因共表达,诱导表达谱信息以及物质共积累网络综合分析我们筛选了36个候选基因。通过体内转基因和体外酶活的实验共鉴定5个基因的功能,其中3个为BAHD酰基转移酶基因。阿魏酰胍丁胺(N-feruloyl agmatine,Fer-Agm)是通过胍丁胺(agmatine)阿魏酰酰基化形成的一种酚胺,在m GWAS定位结果中,阿魏酰胍丁胺的含量和4号染色体上的SNP sf0433733272显著相关联(P=4.1×10-15),在这个SNP下游10 kb,有一个BAHD酰基转移酶基因Os04g46910,提示这个基因可能参与阿魏酰胍丁胺的合成,通过体内超表达基因转化的方法和体外酶活实验证明了Os04g46910催化胍丁胺进行阿魏酰酰基化的功能。阿魏酰腐胺(N-feruloyl putrescine,Fer-Put)是通过腐胺(putrescine)阿魏酰酰基化形成的一种酚胺,阿魏酰胍丁胺的含量和9号染色体上的SNP sf0921455575显著相关联(P=6.3×10-22),Os09g37200在这个SNP上游8 kb,提示这个基因可能参与阿魏酰腐胺的合成。通过基因超表达转化的方法和体外酶活实验证明了Os09g37200具有催化腐胺进行阿魏酰酰基化的功能。此外,我们还验证了一类未知代谢物mr1133定位的GWAS位点,通过转基因的方法证明了Os11g42370参与mr1133的合成过程,认为mr1133是一类通过酰基化反应合成的物质酯类或者酰胺,因此,基因的功能对于鉴定未知物质有一定的帮助作用。我们还利用不同的自然群体对亚精胺类物质进行GWAS,香豆酰亚精胺(coumaroyl spermidine,Cou-Spd)的含量与12号染色体SNP sf1215974303显著相关联(P=6.9×10-98),在上游4 kb和下游21 kb分别找到2个BAHD酰基转移酶基因Os12g27220和Os12g27254,进化分析发现这两个基因参与亚精胺二芥子酰酰基化的At SDT进化距离较近,并且通过转基因的方法证明了Os12g27220和Os12g27254的功能。m GWAS的研究成功表明水稻代谢组的遗传和生化基础研究,可以作为遗传改良的有力的工具,从而实现作物品质的改良。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511;Q946.5
【目录】：

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