谷子SBP基因家族的鉴定及特征分析

发布时间：2020-11-18 13:24

　　 SBP蛋白是高等植物和低等植物在生长发育和逆境环境应答中起重要调控作用的转录因子。谷子是禾本科C_4植物,基因组较小(~510 Mb),目前谷子中已报道不少转录因子基因家族并完成鉴定和功能分析,但对于SBP基因家族的鉴定和功能分析还尚未见研究。本研究以豫谷1号为材料,鉴定谷子SBP基因家族成员,分析谷子SBP蛋白理化性质和系统发育,并利用RT-qPCR对谷子SBP家族基因在PEG和ABA胁迫下进行表达分析。本研究为SBP基因家族在谷子生长发育及逆境应答方面的功能研究提供了理论依据,也为谷子功能基因的挖掘利用奠定基础。主要研究结果如下:1、在谷子全基因组水平共鉴定出19个SBP基因,这19个SBP基因在谷子的9条染色体上均有分布,每条染色中SBP基因的数目为1~4个,19个谷子SBP蛋白的氨基酸序列长度为199~1118 aa。谷子SBP蛋白的保守结构域由74~76个氨基酸残基构成,它们都具有与锌结合的DNA结合域。根据谷子SBP蛋白的聚类分析结果显示,该蛋白家族可分为七个亚组。谷子SBP蛋白家族成员的外显子数从2~11个不等,均为亲水性蛋白。除SiSBP7之外,其余的谷子SBP蛋白在细胞核中均有信号。谷子SBP蛋白与高粱、水稻的亲缘关系较近。2、谷子SBP基因家族启动子区域的顺式作用元件主要为植物激素、干旱、光照及病原菌、创伤等类型的响应元件。RT-qPCR分析结果显示,PEG和ABA胁迫诱导下,SiSBP2、SiSBP3、SiSBP8、SiSBP9、SiSBP11、SiSBP12和SiSBP13基因在叶和茎中的表达均呈现上调,表达量增幅:叶茎。PEG胁迫处理后谷子SBP基因的表达增长量显著高于外源ABA诱导后的表达增长量。3、谷子SiSBP15所编码蛋白的氨基酸数目为1118 aa,该基因主要在穗部进行表达,启动子分析表明该基因的主要功能是参与种子的发育。SiSBP15能够参与谷子对非生物胁迫和外源激素诱导的响应。4、谷子SiSBP19所编码蛋白的氨基酸数目为968 aa,该基因在叶中和茎中的表达量较高,基因互作表明该基因参与植物碳水化合物的代谢途径、蛋白质的生物合成及分解过程。SiSBP19也能够参与谷子对非生物胁迫和外源激素诱导的响应。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S515
【部分图文】：

谷子SBP基因家族的鉴定及特征分析10性质分析、亚细胞定位预测、进化树的构建、不同物种间SBP蛋白的进化分析、基因结构及启动子元件的分析[102]。并对谷子SBP基因家族进行GO富集分析和组织表达特性分析。对谷子SBP家族基因在PEG和ABA胁迫下进行表达分析[103]。根据谷子功能基因组数据库中SBP基因的mRNA-seqFPKM数值筛选出了该基因家族内表达量较高的两个基因SiSBP15和SiSBP19，因此我们主要将这两个基因作为重点研究对象进行进一步的研究分析。分别进行生物信息学分析（蛋白的二级结构、跨膜结构、磷酸化位点、启动子元件和蛋白互作）、非生物胁迫（PEG、NaCl、蔗糖、甘露醇和过氧化氢）和外源激素胁迫（IAA、ABA、GA、MeJA和SA）后的表达分析。1.5.2技术路线图1.1技术路线Figure1.1Technicalroute

第二章谷子SBP基因家族鉴定分析17注：A：谷子SBP蛋白系统发育树；B：谷子SBP基因家族结构图；C：谷子SBP蛋白的结构域分析Note:A:PhylogenetictreeofSiSBPsprotein.B:ThefamilystructureofSiSBPsgene.C:DomainanalysisofSiSBPsprotein图2.1谷子SBP蛋白系统发育树、谷子SBP基因结构图及SBP蛋白结构域Fig.2.1SiSBPsproteinphylogenetictree,SiSBPsgenestructuremapandSiSBPsproteindomain

谷子SBP基因家族的鉴定及特征分析182.3.3不同作物SBP蛋白的系统进化分析对谷子全基因组获得的19个谷子SBP蛋白，根据染色体的分布进行重新命名。同时在Phytozome中下载拟南芥（17个）、水稻（19个）、高粱（18个）、玉米（36个）的SBP蛋白，同样根据基因在染色体的分布对这几个物种的SBP蛋白重新命名。利用MEGA6.0中的NJ邻接法对5个物种的SBP蛋白构建系统进化树，由图2.2可知，这109个SBP蛋白大致分为9个分支，谷子的19个SBP蛋白分布在其中7个分支。其中，SiSBP5、SiSBP8、SiSBP13、SiSBP16、SiSBP18聚在第I分支，SiSBP1、SiSBP10聚在第II分支，SiSBP4、SiSBP6、SiSBP7、SiSBP14、SiSBP17聚在第III分支，SiSBP2、SiSBP3、SiSBP11聚在第IV分支，SiSBP9、SiSBP15分别聚在第VI分支和第VIII分支，SiSBP12、SiSBP19聚在第IX分支。而AtSBP6单独为第V分支，AtSBP5和AtSBP11聚在第VII分支。整体来看，谷子的SBP蛋白家族与拟南芥的SBP蛋白家族的亲缘关系最远，与高粱和水稻的亲缘关系较近，与玉米的亲缘关系次之。此外，第I分支中SiSBP5、SiSBP8都是单独为一个亚分支，第III分支中SiSBP6和SiSBP7聚为一个小分支，说明这两个蛋白进化关系更近。图2.2谷子、拟南芥、水稻、高粱和玉米的SBP蛋白系统发育树Fig.2.2SBPproteinsphylogenetictreeoffoxtailmillet,Arabidopsis,rice,sorghumandmaize
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本文编号：2888765