马铃薯磷转运蛋白家族的鉴定及PHO1亚家族提高转基因马铃薯耐热性的研究

发布时间：2021-10-17 18:16

　　植物的生长发育很容易受到环境因素的影响,其中高温（热）条件是一种很常见的,对植物影响很大的非生物胁迫因素。环境温度过高时,会引起植物的缺水枯萎甚至死亡,也会导致主要农作物减产等一系列不良影响。因此,在现代生物技术的支持下,通过基因工程手段定向改善提高植物的抗逆能力,以及减少高温对植物的生长、发育和产量等造成的损害具有重要的研究价值和实践意义。本文首先通过生物信息学方法分析筛选到了可能对马铃薯耐热性有正向效应的3个磷转运蛋白（PTs）基因,并在拟南芥、烟草和酵母中进行了功能鉴定。然后利用农杆菌介导的马铃薯转化方法,分析了这3个基因分别对马铃薯耐热性的影响。最后通过对一些相关生理指标的检测,以及利用酵母双杂技术和双分子荧光互补（BIFC）技术筛选互作蛋白,初步探索了这3个PTs提高马铃薯耐热能力的生理生化机制和分子机制。主要结果如下:（1）马铃薯蛋白数据库中总共有22个PTs被鉴定出来,并可以分为6个亚家族。通过对其基因/蛋白性质、基因复制事件等分析发现,PHO1亚家族的蛋白序列最长,分子量最大,GO注释显示该家族是必需的膜组分,是唯一的亲水蛋白家族,同时PGSC数据库得到的转录本数据以及... 

【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

逆境胁迫下植物抗逆机制(门龙楠等2014)

西北农林科技大学博士学位论文28为了更直观的观察分析马铃薯PTs基序、结构域和外显子的组成情况，因而利用绘图软件绘制了图2-1。从图2-1(A)中可以看出，22个PTs明显的分为5个亚家族，和小节2.2.1的结果一致。即使在预测时，将基序参数设置到了20，图2-1(B)显示，马铃薯PTs每个成员的基序数量依然不超过10个，且PHT3亚家族的两个成员没有预测到基序。而其它有多个成员的亚家族中，基序的组成种类和排列顺序也基本一致。图2-1(C)表明，每个PT的TMD和保守结构域都有重合的部分，而在有两个保守结构域的PHT5和PHO1亚家族中，TMD只与第3′端的保守结构域有重合，且在PHT3亚家族中，TMD和第二个Mito_carr结构域也并没有重合的部分。此外，从图2-1(D)更能清楚的看出，外显子的数量和蛋白序列的长短以及不同亚家族之间的关系并不明显。图2-1马铃薯PTs的基序、结构域和外显子分析不同颜色表示不同的基因家族，，motif或者结构域。A：进化树。基因复制事件用圆圈标注。B：Motifs。C：结构域。“Overlap”表示TMD和保守结构域重合。D：外显子/内含子。红色表示外显子，黑色线条表示内含子。Fig.2-1Theanalysisofthemotifs,domains,andexonsofPTsinpotatoDifferentcolorsindicatedifferentgenesubfamilies,motifsordomains.A:Evolutionarytree.Geneduplicationeventsaremarkedwithcircles.B:Motifs.C:Domains.“Overlap”meansthattheoverlapregionbetweenTMDandtheconserveddomain.D:Exon/Intron.Redboxesindicateexons,andblacklinesindicateintrons.

第二章马铃薯磷转运蛋白家族成员的鉴定分析292.2.3染色体定位和基因复制事件分析根据Phytozome上搜索到的信息分析，22个马铃薯PTs分布在12条染色体中的10条上，且多分布于染色体的两端，只有StPH1.1,StPHT1.2和StPHT4.3分布在各自染色体靠近中间的位置（图2-2）。其中，10和11号染色体没有PT分布，染色体1，4，7和12各有一个PTs，2，3和5号染色体各有两个PTs，6和8号染色体各有3个PTs，9号染色体分布了最多的PTs（6个）。图2-2马铃薯PT家族成员的染色体定位基因名旁边的黑色粗线条表示这两个基因之间有复制事件发生。Fig.2-2ChromosomallocationofPTfamilymembersinpotatoThethickblacklinenexttothegenenameindicatesthatthereisaduplicationeventbetweenthetwogenes.在这22个PTs中，总共有4个基因复制事件。其中3，6，9号染色体上各有一对基串联复制事件，8号染色体有一对片段复制事件（图2-2，表2-4）。计算替代率（非同义替换(Ka)和同义替换(Ks)的比值），也就是常说的Ka/Ks值，发现这4对基因复制事件的Ka/Ks值都小于1，即都是纯化选择的结果。表2-4马铃薯PT家族基因复制事件的Ka、Ks和Ka/Ks计算Table2-4Ka,Ks,andKa/KsvaluesofthegeneduplicationeventsofthePTfamilyinpotato基因名1PutativeGeneName1基因名2PutativeGeneName2KsKaKa/KsStPHT5.1StPHT5.20.42570.08170.1919192StPHT1.1StPHT1.20.43860.05090.1160511StPHT1.5StPHT1.60.01310.00140.1068702StPHT1.7StPHT1.81.89440.06930.0365815

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本文编号：3442204