绿色棉纤维转录组分析及4CL基因家族的鉴定
发布时间：2021-06-23 23:04
目的:天然彩色棉是一种纤维成熟吐絮时自身具有颜色的棉花。天然彩色棉纤维作为一种环境友好型材料,其织物具有无化学残留、亲肤、抗菌等优良性能,市场潜力和经济效益很高。但是天然彩色棉纤维颜色单调,色牢度和色饱和度低的问题限制了其发展。由于缺乏除棕色和绿色之外的其他彩色棉种质资源,无法用常规育种手段改良彩色棉品种。因此,明确纤维色素合成的代谢-转录调控网络,挖掘控制天然彩色棉纤维色素合成及调控基因,对天然彩色棉纤维品质和色泽品质改良具有重要的意义。方法:本研究利用转录组和代谢组学方法对绿色棉及其近等基因系白色棉12、18和24 DPA纤维的转录物和代谢物进行比较;对绿色棉纤维色素合成的核心基因Gh4CL的家族成员进行全基因组鉴定和生物信息学分析,并对在绿色棉纤维中表达的Ⅰ类和Ⅱ类Gh4CL进行酶动力学分析;构建Gh4CL基因CRISPR/Cas9基因编辑敲除和过表达载体,遗传转化绿色棉,对获得的再生植株进行鉴定和分析。结果和结论:（1）绿色棉及其近等基因系白色棉12、18和24 DPA纤维的代谢组学研究发现,在绿色棉纤维（GCF）和白色棉纤维（WCF）中共有2047个非冗余差异代谢物,富集到8...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
白色棉和绿色棉纤维的横切面（Yatsuetal.，1983）
绿色棉纤维转录组分析及4CL基因家族的鉴定8图1-2苯丙烷途径及4CL作为关键分支点酶的作用（Lavhaleetal.,2018）Fig.1-2Generalphenylpropanoidpathwayandroleof4CLasakeybranchpointenzyme(Lavhaleetal.,2018)1.2.14CL基因家族分析在植物中，4CL通常以基因家族形式存在，目前已对多个物种的4CL家族成员进行了鉴定，例如拟南芥（Costaetal.,2003）、水稻（Guietal.,2011;Sunetal.,2013）、毛果杨（Shietal.,2010）、砀山梨（曹运鹏等，2015）、丹参（Wangetal.,2014）、大豆（Lindermayretal.,2002）、覆盆子（Kumaretal.,2001）和菘蓝（周洵，2013）。4CL氨基酸序列包含两个保守的多肽基序BoxⅠ（SSGTTGLPKGV）和BoxⅡ（GEICIRG）。N端保守多肽基序BoxI为AMP结合结构域，不仅在4CL家族中高度保守，在荧光素酶、乙酰CoA合成酶、长链脂肪酰基CoA合成酶和肽合成酶中也高度保守，是4CL蛋白催化底物的活性中心（GochtandMarahiel,1994;Stachelhausetal.,1999;Stuibleetal.,2000;Branchinietal.,2000;Challis,2000;StuibleandKombrink,2001）。BoxⅡ为4CL的绝对保守域，仅在极少数4CL氨基酸序列有轻微不同。该保守域的半胱氨酸残基（Cys）可能参与催化反应，将Cys突变为丙氨酸（Ala）后仍具有酶活性，但BoxⅡ缺失酶活性则完全丧失，推测这一多肽序列可能与稳定蛋白活性空间构象相关（ZhangandChang,1997;OhmiyaandTsuji,1997;Stuibleetal.,2000;StuibleandKombrink,2001）。
绿色棉纤维转录组分析及4CL基因家族的鉴定12第二章绿色棉纤维转录组及代谢组分析绿色棉纤维在20DPA左右开始显现绿色，并随着纤维发育颜色逐渐加深（Lietal.,2013）。但绿色棉纤维在成熟后，颜色不稳定，易受酸碱，金属离子，光照等的影响。前人对绿色棉纤维色素物质进行提取和分离，包含两部分物质，根据光谱特性推测其黄色组分为咖啡酸酯，质谱鉴定咖啡酸为其无色组分唯一的酚类物质（Schmutzetal.,1993;Schmutzetal.,1994）。进一步研究表明，绿色棉主要色素物质为咖啡酸及咖啡酸衍生物22-O-咖啡酰基-22-羟基二十二酸单甘油酯和22-O-咖啡酰基-22-羟基二十二烷酸（杨永林等，2009;Maetal.,2015;Fengetal.,2017）。虽然已经对绿色棉纤维色素物质进行了鉴定，但其形成的分子机制仍有待深入研究。本实验以绿色棉（新彩棉7号）及其白色棉近等基因系三个发育时期（12，18和24DPA）纤维为材料，通过转录组测序和代谢组分析的方法来探索绿色棉纤维发育过程中色素物质形成的物质基础和分子机制。2.1材料与方法2.1.1材料植物材料：所用材料为绿色棉品种新彩棉7号（C7）及其白色棉近等基因系（C7-NIL），种植于石河子大学试验场二连棉花所（44°27N，85°94E）。在棉花盛花期（7月份）开花当天挂牌标记，收集12，18和24DPA（dayspostanthesis，开花后天数）的棉铃，从胚珠上剥离纤维细胞，液氮中速冻后保存于-80℃冰箱备用。绿色棉纤维（GCF）在三个时期分别命名为G12，G18和G24。白色棉纤维（WCF）在三个时期分别命名为W12，W18和W24（图2-1）。图2-112DPA，18DPA和24DPA的绿色棉纤维和白色棉纤维Fig.2-1FiberoftheGCFandWCFat12,18,and24DPA
本文编号：3245832
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
白色棉和绿色棉纤维的横切面（Yatsuetal.，1983）
绿色棉纤维转录组分析及4CL基因家族的鉴定8图1-2苯丙烷途径及4CL作为关键分支点酶的作用（Lavhaleetal.,2018）Fig.1-2Generalphenylpropanoidpathwayandroleof4CLasakeybranchpointenzyme(Lavhaleetal.,2018)1.2.14CL基因家族分析在植物中，4CL通常以基因家族形式存在，目前已对多个物种的4CL家族成员进行了鉴定，例如拟南芥（Costaetal.,2003）、水稻（Guietal.,2011;Sunetal.,2013）、毛果杨（Shietal.,2010）、砀山梨（曹运鹏等，2015）、丹参（Wangetal.,2014）、大豆（Lindermayretal.,2002）、覆盆子（Kumaretal.,2001）和菘蓝（周洵，2013）。4CL氨基酸序列包含两个保守的多肽基序BoxⅠ（SSGTTGLPKGV）和BoxⅡ（GEICIRG）。N端保守多肽基序BoxI为AMP结合结构域，不仅在4CL家族中高度保守，在荧光素酶、乙酰CoA合成酶、长链脂肪酰基CoA合成酶和肽合成酶中也高度保守，是4CL蛋白催化底物的活性中心（GochtandMarahiel,1994;Stachelhausetal.,1999;Stuibleetal.,2000;Branchinietal.,2000;Challis,2000;StuibleandKombrink,2001）。BoxⅡ为4CL的绝对保守域，仅在极少数4CL氨基酸序列有轻微不同。该保守域的半胱氨酸残基（Cys）可能参与催化反应，将Cys突变为丙氨酸（Ala）后仍具有酶活性，但BoxⅡ缺失酶活性则完全丧失，推测这一多肽序列可能与稳定蛋白活性空间构象相关（ZhangandChang,1997;OhmiyaandTsuji,1997;Stuibleetal.,2000;StuibleandKombrink,2001）。
绿色棉纤维转录组分析及4CL基因家族的鉴定12第二章绿色棉纤维转录组及代谢组分析绿色棉纤维在20DPA左右开始显现绿色，并随着纤维发育颜色逐渐加深（Lietal.,2013）。但绿色棉纤维在成熟后，颜色不稳定，易受酸碱，金属离子，光照等的影响。前人对绿色棉纤维色素物质进行提取和分离，包含两部分物质，根据光谱特性推测其黄色组分为咖啡酸酯，质谱鉴定咖啡酸为其无色组分唯一的酚类物质（Schmutzetal.,1993;Schmutzetal.,1994）。进一步研究表明，绿色棉主要色素物质为咖啡酸及咖啡酸衍生物22-O-咖啡酰基-22-羟基二十二酸单甘油酯和22-O-咖啡酰基-22-羟基二十二烷酸（杨永林等，2009;Maetal.,2015;Fengetal.,2017）。虽然已经对绿色棉纤维色素物质进行了鉴定，但其形成的分子机制仍有待深入研究。本实验以绿色棉（新彩棉7号）及其白色棉近等基因系三个发育时期（12，18和24DPA）纤维为材料，通过转录组测序和代谢组分析的方法来探索绿色棉纤维发育过程中色素物质形成的物质基础和分子机制。2.1材料与方法2.1.1材料植物材料：所用材料为绿色棉品种新彩棉7号（C7）及其白色棉近等基因系（C7-NIL），种植于石河子大学试验场二连棉花所（44°27N，85°94E）。在棉花盛花期（7月份）开花当天挂牌标记，收集12，18和24DPA（dayspostanthesis，开花后天数）的棉铃，从胚珠上剥离纤维细胞，液氮中速冻后保存于-80℃冰箱备用。绿色棉纤维（GCF）在三个时期分别命名为G12，G18和G24。白色棉纤维（WCF）在三个时期分别命名为W12，W18和W24（图2-1）。图2-112DPA，18DPA和24DPA的绿色棉纤维和白色棉纤维Fig.2-1FiberoftheGCFandWCFat12,18,and24DPA
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