棉花SWEET基因家族的全基因组鉴定及GhSWEET1的克隆和表达模式分析

发布时间：2018-03-14 09:57

本文选题：SWEET　切入点：基因家族　出处：《塔里木大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：棉花是我国重要的经济作物和天然纤维作物之一,棉纤维是天然纺织纤维最主要的来源,是纺织工业重要的原材料。棉花纤维含糖量是决定棉花品质的重要因素之一。棉铃的铃壳和纤维主要通过碳水化合物代谢积累纤维素,光合同化产物主要以蔗糖的形式运输到库器官,给库器官生长发育提供能量。SWEET是糖转运蛋白,对糖有双向转运作用,并参与植物生长发育及代谢过程,具有许多重要的生理功能。本研究首先测定了棉花不同组织中可溶性总糖含量在棉铃不同发育时期的变化情况;进一步利用二倍体棉种D基因组雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)基因组数据对棉花SWEET基因家族进行了全基因组鉴定和分析;对选定的陆地棉GhSWEET1通过荧光定量技术研究其在不同组织中的表达模式以及对干旱和冷害胁迫的响应反应,主要研究结果如下:1、利用蒽酮比色法对陆地棉TM-1开花后5 d、10 d、15 d相同部位的棉铃对应的纤维、棉壳、叶柄(对位叶)及对位叶进行可溶性总糖的测定。结果显示纤维中糖含量随时间增加呈先减少后增加的趋势,对位叶呈先增加后减少的趋势,而棉壳及叶柄中的糖含量均随天数的增加而减少。2、SWEET基因与可溶性糖运输有关,利用二倍体D组雷蒙德氏棉基因组数据,对SWEET基因家族进行全基因组的鉴定与分析,结果表明:(1)雷蒙德氏棉基因组中有31个SWEET基因,分散或成簇分布在雷蒙德氏棉11条染色体上,分为三个不同功能的亚家族。(2)雷蒙德氏棉、拟南芥和水稻SWEET全长蛋白质序列构建进化树。所有的SWEET蛋白质被分为四个不同的亚家族:SWEET I、SWEET II、SWEET III和SWEET IV。其中,SWEET I亚家族包含13个雷蒙德氏棉SWEET基因,7个拟南芥SWEET基因,9个水稻SWEET基因。SWEET II亚家族包含6个雷蒙德氏棉SWEET基因,3个拟南芥SWEET基因,6个水稻SWEET基因。在SWEET III亚家族中,12个SWEET基因属于雷蒙德氏棉,6个属于拟南芥,5个属于水稻,而SWEET IV亚家族在本研究中仅有2个水稻SWEET基因。相比之下,雷蒙德氏棉中SWEET I和SWEET III两个亚家族中SWEET基因数目都多于拟南芥和水稻。在四个不同的亚家族中,雷蒙德氏棉SWEET I和SWEET II是成员最多的亚家族。(3)对雷蒙德氏棉中31个SWEET基因进行跨膜结构域预测,结果显示含有7个跨膜结构域的有22个,分别是Gr SWEET1、2、3、4、5、8、11、12、13、15、16、17、18、20、21、22、23、25、26、27、28、30;含有6个跨膜结构域的有7个,分别是GrSWEET9、10、14、19、24、29、31;含有8个跨膜结构域的有两个,分别是GrSWEET6和GrSWEET7。除GrSWEET 6、7、9、19含4个内含子外,其余27个GrSWEET均含有5个内含子。3、根据已发表的转录组数据,选取陆地棉TM-1中GhSWEET1为目的基因。构建了35S::GhSWEET1-GFP融合表达载体,转化烟草发现GhSWEET1主要存在于细胞膜中。通过荧光定量技术对GhSWEET1基因在陆地棉TM-1不同组织中的特异性表达进行分析。结果显示,开花后5 d、10 d、15 d GhSWEET1基因在陆地棉TM-1各组织中均有表达,其中该基因的表达量在纤维和铃壳中随生育时间的增加而上升;在苞叶中随生育时间增加呈“增-减-增”的变化;在叶柄中随时间的增加而降低;在开花后5 d和10 d的对位叶中逐渐增加,在开花后15 d对位叶中表达骤减。GhSWEET1基因在陆地棉TM-1幼苗期各组织中均有表达,且有较大的差异,其中在真叶中表达量最高,子叶次之,茎位第三,根中最低。分别对陆地棉TM-1幼苗进行干旱及冷害胁迫后GhSWEEET1基因表达情况进行分析。结果表明,与对照相比,在真叶中GhSWEEET1基因受干旱诱导显著上调表达,但在干旱处理的不同时期该基因的表达呈“增-减-增”的趋势;在根中,与对照相比,GhSWEEET1基因受干旱诱导显著下调表达,但在处理的不同时期呈“减-增-减”趋势;在冷害胁迫下,与对照相比,GhSWEEET1基因在冷处理后3 h和6 h在棉花真叶中显著下调表达,在处理后9 h和12 h显著上调表达,在冷害处理的不同时间总体呈“减-增-减”变化。本研究通过对陆地棉TM-1棉铃对应各器官可溶性总糖含量的测定,以及对陆地棉TM-1棉铃对应各组织和幼苗GhSWEEET1的表达模式分析,表明该基因可以通过调节糖的运输来调控棉花的生长发育;干旱和冷害胁迫后的表达差异分析表明,该基因可能通过调节各组织中糖的浓度来调控棉花对干旱和冷害的抗性;利用亚细胞定位,表明该基因主要存在于细胞膜上;通过对雷蒙德氏棉SWEET基因家族的鉴定及进化分析,为进一步研究糖转运蛋白SWEET在棉花生长发育中的作用机制奠定了基础。
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【学位授予单位】：塔里木大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S562

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