甘蔗蔗糖磷酸合成酶家族基因演化和功能研究

发布时间：2020-08-06 18:23

【摘要】：甘蔗是重要的大型多年生糖料作物,其抗逆性、糖含量和生物量相关分子机制研究一直是甘蔗基础研究中的热点。甘蔗磷酸合成酶(Sucrose Phosphate Synthase,SPS;EC 2.4.1.14)是高等植物中糖分代谢中的重要调控基因,控制植物体内蔗糖的生成,SPS的活性高低直接反映植物体内合成蔗糖的的高低。但是由于甘蔗基因组的高度复杂性,使其基因组测序依然无法在短期内开始启动。近年,甘蔗近源物种高粱基因组测序的完成,且甘蔗有丰富SUCEST数据库,这使应用比较基因组手段鉴定甘蔗蔗糖磷酸合成酶家族基因成为可能。基于比较基因组学和二代测序技术平台上,对甘蔗主要种间糖分代谢基因进化关系的比较分析,旨在揭示不同甘蔗种中糖分代谢关键酶SPS光暗磷酸化调控机制。主要研究内容如下：(1)本研究通过与拟南芥、高粱、水稻等植物的比较基因组研究分析,对含有来自SPS家族基因的热带种及割手密种的14个BAC序列进行鉴定,并进一步进行基因组结构和功能注释。结果发现在热带种和割手密种中均含有5个SPS基因,根据甘蔗近源物种分别命名为SPSA、SPSB、SPSC、SPSD1、SPSD2.对SPS的进化分析发现,SPSD家族基因为单子叶特异性基因,推测SPSA为SPSD家族基因祖先。(2)结合基于RNA-seq的EST测序和实验验证,通过同源克隆的方法,对甘蔗蔗糖磷酸合成酶进行片段化克隆,分析SPS单倍型和SNP。通过RNA-seq分析发现SPSB在蔗糖合成中发挥重要的作用,而SPSA在蔗糖积累中有重要作用,在胁迫处理条件下,SPSD2取代SPSB发挥蔗糖合成功能,该结论需进一步采用实时荧光定量PCR进行实验验证。(3)以注释甘蔗SPS基因模型序列为模板,采用Gateway克隆技术,对甘蔗SPS家族基因全长cDNA进行同源克隆,瞬时转染烟草,获得其亚细胞定位为细胞膜。(4)对拟南芥转基因进行不同光暗胁迫处理,对SPS酶活和植物体内碳水化合物进行测定,解析甘蔗SPS光暗磷酸化机制,Ser-153是SPSD2家族光暗磷酸化位点。
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S566.1

【参考文献】