BnMAPK1参与甘蓝型油菜干旱胁迫应答及生长发育进程的分子机理
发布时间：2021-04-09 17:11
甘蓝型油菜（Brassica napus）具有较高的产量及营养价值,在我国长江流域得到了大面积的种植。作为一种异源四倍体植物,其基因组相对复杂,在驯化栽培中具有广泛的变异,在进化研究中具有重要的科学价值。甘蓝型油菜具有生育期长、土壤环境及水分供给直接影响其干物质及油分积累等特点,整个生育期对水分的需求都比较大。我国是世界上干旱及半干旱范围最广的地区,由干旱造成的甘蓝型油菜等作物上的损失不容小觑。通过基因工程对抗（耐）旱基因进行最大限度的利用,改良植物的抗旱能力已经成为一个热点。因此,挖掘甘蓝型油菜参与干旱胁迫应答及生长发育进程的信号途径及其相关基因,并深入探究这些基因的分子机制,成为了提高油菜抗旱性且保证产量及品质的重要途径之一。MAPKs级联（Mitogen-activated protein kinases cascade）是多种信号跨膜传递的共同通路。细胞受到刺激后,MAPKs级联上游MAPKKKs（MAPK kinase kinases）将信号传递至MKKs（MAPK kinases）,再转移至下游MAPKs,通过磷酸化作用将信号逐级放大,使得植物能够对不同的信号做出快速的应答...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物响应干旱胁迫的胞内事件及信号级联(Farooqetal.,2009)
的功能蛋白干旱胁迫引起植物体内一系列生理生化变化，如生长受到抑制、光合作用减弱、膜系统受到破坏、渗透调节紊乱、氮代谢异常等。随着分子生物学的应用与发展，越来越多的研究人员致力于阐明植物是如何通过基因的表达和调控，在干旱环境下，对生理代谢做出迅速调整，以保证植物体正常生理功能。近年来，对于植物如何缓解干旱的分子机理的研究工作已取得一定程度的进展，评价干旱诱导基因产生的生理效应已成为植物抗逆分子生物学及基因工程的研究热点和重要方向，这将为改良作物抗旱性的研究工作提供坚实的理论支撑。图1-2干旱胁迫诱导基因在抗逆及应答过程中的功能(Shinozaki&Yamaguchi-Shinozaki,2007)Figure1-2Functionsofdroughtstress-induciblegenesinstresstoleranceandresponse如图1-2所示，参与干旱胁迫的应答因子大致可以分为功能蛋白与调节蛋白两大类。功能蛋白是向植物提供渗透压和保护从而直接在非生物胁迫耐受中发挥作用的蛋白，如抗氧化酶与解毒酶保护系统、渗透调节关键酶类、LEAs(LateEmbryogenesisAbundant)等关键酶、水通道蛋白等。这些蛋白是整个干旱胁迫调控通路的终端产物，能够作为一个有机的整体从抗氧化防御系统、渗透调节及脱水保护等方面进行反应和防御。植物体内抗氧化防御系统，主要由能够清除ROS的酶
西南大学博士学位论文8用，也可能是拮抗作用，复杂的分子网络使得植物在面对干旱环境时，能够迅速做出响应(Lindemoseetal.,2013)。除转录因子外，信号分子还包括信号感知及转导的蛋白激酶、磷脂酶信号系统酶类、依赖于ABA途径的ABA合成酶以及不依赖于ABA途径触发第二信使传递的关键酶等(Priyaetal.,2019)。科研工作者们发现，植物通过细胞膜受体首先感知干旱胁迫，然后通过第二信使将刺激信号传递到细胞内，同时，第二信使激活相应信号转导途径，将信号传递到下游，随后，下游靶基因的受到转录、翻译甚至修饰调控以增强植株的耐旱性，其中，MAPKs和CDPKs(calcium-dependentproteinkinases,钙依赖性蛋白激酶)是植物中具有重要意义的信号转导途径(Joshietal.,2016)。1.2植物中的MAPKs级联为了应对逆境，植物进化出一些特殊机制，通过调控酶活性、转录、翻译及翻译后修饰等，感知并适应生理、生长及发育。其中，通过信号级联中蛋白激酶进行的蛋白磷酸化与去磷酸化是所有生物体中最常见的一种翻译后修饰(Colcombet&Hirt,2008)。MAPKs级联是进化上非常保守的信号通路，是多种信号跨膜传递的交汇点或共同通路(Kelkaretal.,2000)；存在于几乎所有的真核生物中，包括酵母、真菌、昆虫、线虫、哺乳动物，尤其是植物中(Hameletal.,2012)。图1-4植物MAPKs级联概述(Chardinetal.,2017)Figure1-4OverviewofgeneralMAPKscascadeinplants如图1-4所示，常见的MAPKs级联包含由不同基因家族编码的三种激酶，从上至下分别由MAPKKKs,MKKs,MAPKs组成(Chardinetal.,2017)。当植物感受到外源刺激，受体或受体蛋白激酶如G蛋白,RLKs(receptor-likeproteinkinases),
【参考文献】：
期刊论文
[1]油菜育种行业创新动态与发展趋势[J]. 范成明,田建华,胡赞民,王珏,吕慧颖,葛毅强,魏珣,邓向东,张蕾颖,杨维才. 植物遗传资源学报. 2018(03)
[2]我国甘蓝型油菜远缘杂交和种质创新研究进展[J]. 王爱凡,康雷,李鹏飞,李再云. 中国油料作物学报. 2016(05)
[3]干旱胁迫对转IrrE基因甘蓝型油菜生理生化指标的影响[J]. 杨娟,谢琳,张新,奉斌,代其林,王劲. 作物杂志. 2012(01)
[4]重庆市油菜病害发生与防治现状研究[J]. 黄华磊,石有明,周燕,张丕辉,唐尚同. 南方农业. 2010(01)
[5]植物LEA蛋白及其功能[J]. 陈雷,李磊,李金花,李永春. 中国农学通报. 2009(24)
[6]植物抗旱基因及其功能研究进展[J]. 李晓慧,董明伟,刘康. 江苏农业科学. 2009(05)
[7]植物抗旱机理及相关基因研究进展[J]. 徐云刚,詹亚光. 生物技术通报. 2009(02)
[8]LEA蛋白与植物的抗旱性[J]. 俞嘉宁,山仑. 生物工程进展. 2002(02)
[9]油菜生产现状及发展对策[J]. 易冬莲. 湖南农业科学. 1998(05)
博士论文
[1]甘蓝型油菜及其亲本物种白菜和甘蓝MAPK C组基因家族的克隆及甘蓝型油菜MAPK1的功能鉴定[D]. 陆俊杏.西南大学 2013
[2]中国油菜生产技术供需的经济学分析[D]. 李争.华中农业大学 2011
本文编号：3128003
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物响应干旱胁迫的胞内事件及信号级联(Farooqetal.,2009)
的功能蛋白干旱胁迫引起植物体内一系列生理生化变化，如生长受到抑制、光合作用减弱、膜系统受到破坏、渗透调节紊乱、氮代谢异常等。随着分子生物学的应用与发展，越来越多的研究人员致力于阐明植物是如何通过基因的表达和调控，在干旱环境下，对生理代谢做出迅速调整，以保证植物体正常生理功能。近年来，对于植物如何缓解干旱的分子机理的研究工作已取得一定程度的进展，评价干旱诱导基因产生的生理效应已成为植物抗逆分子生物学及基因工程的研究热点和重要方向，这将为改良作物抗旱性的研究工作提供坚实的理论支撑。图1-2干旱胁迫诱导基因在抗逆及应答过程中的功能(Shinozaki&Yamaguchi-Shinozaki,2007)Figure1-2Functionsofdroughtstress-induciblegenesinstresstoleranceandresponse如图1-2所示，参与干旱胁迫的应答因子大致可以分为功能蛋白与调节蛋白两大类。功能蛋白是向植物提供渗透压和保护从而直接在非生物胁迫耐受中发挥作用的蛋白，如抗氧化酶与解毒酶保护系统、渗透调节关键酶类、LEAs(LateEmbryogenesisAbundant)等关键酶、水通道蛋白等。这些蛋白是整个干旱胁迫调控通路的终端产物，能够作为一个有机的整体从抗氧化防御系统、渗透调节及脱水保护等方面进行反应和防御。植物体内抗氧化防御系统，主要由能够清除ROS的酶
西南大学博士学位论文8用，也可能是拮抗作用，复杂的分子网络使得植物在面对干旱环境时，能够迅速做出响应(Lindemoseetal.,2013)。除转录因子外，信号分子还包括信号感知及转导的蛋白激酶、磷脂酶信号系统酶类、依赖于ABA途径的ABA合成酶以及不依赖于ABA途径触发第二信使传递的关键酶等(Priyaetal.,2019)。科研工作者们发现，植物通过细胞膜受体首先感知干旱胁迫，然后通过第二信使将刺激信号传递到细胞内，同时，第二信使激活相应信号转导途径，将信号传递到下游，随后，下游靶基因的受到转录、翻译甚至修饰调控以增强植株的耐旱性，其中，MAPKs和CDPKs(calcium-dependentproteinkinases,钙依赖性蛋白激酶)是植物中具有重要意义的信号转导途径(Joshietal.,2016)。1.2植物中的MAPKs级联为了应对逆境，植物进化出一些特殊机制，通过调控酶活性、转录、翻译及翻译后修饰等，感知并适应生理、生长及发育。其中，通过信号级联中蛋白激酶进行的蛋白磷酸化与去磷酸化是所有生物体中最常见的一种翻译后修饰(Colcombet&Hirt,2008)。MAPKs级联是进化上非常保守的信号通路，是多种信号跨膜传递的交汇点或共同通路(Kelkaretal.,2000)；存在于几乎所有的真核生物中，包括酵母、真菌、昆虫、线虫、哺乳动物，尤其是植物中(Hameletal.,2012)。图1-4植物MAPKs级联概述(Chardinetal.,2017)Figure1-4OverviewofgeneralMAPKscascadeinplants如图1-4所示，常见的MAPKs级联包含由不同基因家族编码的三种激酶，从上至下分别由MAPKKKs,MKKs,MAPKs组成(Chardinetal.,2017)。当植物感受到外源刺激，受体或受体蛋白激酶如G蛋白,RLKs(receptor-likeproteinkinases),
【参考文献】：
期刊论文
[1]油菜育种行业创新动态与发展趋势[J]. 范成明,田建华,胡赞民,王珏,吕慧颖,葛毅强,魏珣,邓向东,张蕾颖,杨维才. 植物遗传资源学报. 2018(03)
[2]我国甘蓝型油菜远缘杂交和种质创新研究进展[J]. 王爱凡,康雷,李鹏飞,李再云. 中国油料作物学报. 2016(05)
[3]干旱胁迫对转IrrE基因甘蓝型油菜生理生化指标的影响[J]. 杨娟,谢琳,张新,奉斌,代其林,王劲. 作物杂志. 2012(01)
[4]重庆市油菜病害发生与防治现状研究[J]. 黄华磊,石有明,周燕,张丕辉,唐尚同. 南方农业. 2010(01)
[5]植物LEA蛋白及其功能[J]. 陈雷,李磊,李金花,李永春. 中国农学通报. 2009(24)
[6]植物抗旱基因及其功能研究进展[J]. 李晓慧,董明伟,刘康. 江苏农业科学. 2009(05)
[7]植物抗旱机理及相关基因研究进展[J]. 徐云刚,詹亚光. 生物技术通报. 2009(02)
[8]LEA蛋白与植物的抗旱性[J]. 俞嘉宁,山仑. 生物工程进展. 2002(02)
[9]油菜生产现状及发展对策[J]. 易冬莲. 湖南农业科学. 1998(05)
博士论文
[1]甘蓝型油菜及其亲本物种白菜和甘蓝MAPK C组基因家族的克隆及甘蓝型油菜MAPK1的功能鉴定[D]. 陆俊杏.西南大学 2013
[2]中国油菜生产技术供需的经济学分析[D]. 李争.华中农业大学 2011
本文编号：3128003
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