甘蔗纤维素酶基因家族基因组演化与功能分析

发布时间：2017-04-21 16:26

  本文关键词：甘蔗纤维素酶基因家族基因组演化与功能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：甘蔗属于禾本科植物,是一种国际公认最有前景的富含纤维素的绿色非粮能源作物。甘蔗渣中含有丰富的潜在能源物质一一纤维素。纤维素酶是纤维素积累途径的关键酶。目前,尚未有甘蔗纤维素酶的相关研究报道。本研究旨在探究甘蔗中参与纤维素积累的基因资源。运用比较基因组学手段鉴定纤维素酶基因家族成员,并运用模式植物拟南芥探究基因功能。运用比较基因组学预测得到甘蔗近缘物种高粱纤维素酶基因7个家族,共73个成员。从甘蔗割手密种BAC文库中测序鉴定得到24个成员。聚类分析显示7个家族在进化树上具有明显的分支,推测在功能上具有明显的区别。高粱与甘蔗纤维素酶的同源性比对分析,二者具有很高的同源性(≥90%)。甘蔗GH9A和GH9C亚家族成员基因结构稳定,演化速率慢,推测是家族的主效基因。GH9B亚家族成员数量较多,基因结构差异大,演化速率快,推测存在功能冗余。利用RNA-Seq技术中的RPKM值对纤维素酶基因家族73个成员,在甘蔗热带种、大茎野生种、割手密种中的表达水平进行分析。结果显示73个成员表达十分不平衡。基因家族中具有6个高表达基因和9个次中等表达基因,余下均是低表达基因。ScGH9A3是表达量最高的家驯化纤维素酶基因。高表达基因主要在幼嫩部位表达,易受干旱胁迫影响。干旱胁迫下,除了ScGH47-4,大部分基因都呈现下调表达。在干旱胁迫下纤维素酶基因表达总量由高至低依次为：热带种、大茎野生种、割手密种,与三个甘蔗原始种的耐旱能力相吻合。运用拟南芥突变体,对甘蔗纤维素酶基因进行功能分析。通过对拟南芥突变体表型观察分析,推测AtGH9B8参与纤维素的合成,AtGH9B3、AtGH9B19、AtGH9B4和AtGH9B18参与纤维素的水解。纤维素酶基因家族成员间不仅能相互协同发挥作用,也能相互拮抗。从甘蔗中克隆得到10个纤维素酶基因cDNA,从拟南芥中克隆到5个纤维素酶基因cDNA和13个启动子。构建了ScGH9A3、ScGH9B16、ScGH9B5、 ScGH9B14,4个表达载体,转化拟南芥突变体,进一步探究甘蔗纤维素酶的功能。
【关键词】：甘蔗 纤维素酶 比较基因组学 基因表达 基因功能 拟南芥
【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
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-12
• 绪论12-26
• 一、研究背景12
• 二、文献综述12-25
• 1.1 甘蔗基因组特征13-14
• 1.1.1 甘蔗基因组的复杂性与遗传多样性13-14
• 1.1.2 甘蔗基因组与高粱基因组结构的共线性14
• 1.2 纤维素的研究概述14-15
• 1.2.1 纤维素的价值14
• 1.2.2 纤维素分子结构与生物学意义14-15
• 1.3 微生物纤维素酶研究现状15-18
• 1.3.1 微生物纤维素酶种类及特点15-17
• 1.3.2 微生物纤维素酶催化机制17
• 1.3.3 微生物纤维素酶基因家族进化分析17-18
• 1.4 植物纤维素酶研究现状18-22
• 1.4.1 植物纤维素酶种类与特点18-19
• 1.4.2 植物纤维素酶功能分析19-20
• 1.4.3 植物纤维素酶表达调控20-21
• 1.4.4 植物纤维素酶基因家族进化分析21-22
• 1.5 甘蔗复杂基因组的研究方案22-25
• 1.5.1 高通量测序技术与测序平台22-23
• 1.5.2 RNA-Seq技术23-25
• 三、本研究目的、意义和内容25-26
• 第一章 比较基因组学鉴定甘蔗纤维素酶基因家族成员及其演化26-48
• 第一节 前言26
• 第二节 材料26-28
• 1.2.1 网络数据资源及应用软件26-28
• 第三节 方法28-30
• 1.3.1 纤维素酶基因GH9家族的数据搜索28
• 1.3.2 甘蔗纤维素酶基因GH9家族成员的预测28-29
• 1.3.3 纤维素酶基因GH9家族成员的进化分析29
• 1.3.4 植物底物非特异性纤维素酶基因家族数据搜索29-30
• 第四节 结果与分析30-46
• 1.4.1 高粱中底物非特异性纤维素酶基因家族成员系统发育分析30-33
• 1.4.2 九种植物纤维素酶基因GH9家族的搜索结果33-39
• 1.4.3 甘蔗纤维素酶基因GH9家族成员生物信息学预测39-40
• 1.4.4 高粱和甘蔗的纤维素酶基因GH9家族成员的比较40-42
• 1.4.5 甘蔗纤维素酶基因GH9家族成员基因结构分析42-44
• 1.4.6 纤维素酶基因GH9家族成员进化分析44-46
• 第五节 讨论46-48
• 第二章 甘蔗纤维素酶基因家族的共表达分析48-68
• 第一节 前言48
• 第二节 材料48-49
• 2.2.1 植物材料48-49
• 2.2.2 试剂和仪器49
• 2.2.2.1 试剂49
• 2.2.2.2 仪器49
• 第三节 方法49-58
• 2.3.1 甘蔗纤维素酶基因家族成员表达分析49-51
• 2.3.1.1 甘蔗组织RNA的提取49-50
• 2.3.1.2 RNA样品的消化50
• 2.3.1.3 Illminua Hiseq2000高通量测序50-51
• 2.3.2 RNA-seq技术组装分析51-52
• 2.3.3 甘蔗纤维素酶基因单倍型Haplotype数目分析52-58
• 2.3.3.1 单倍型数目分析的引物设计52-57
• 2.3.3.2 甘蔗组织DNA的提取57
• 2.3.3.3 PCR反应57-58
• 2.3.3.4 单倍型数目分析PCR产物纯化回收和高通量测序58
• 2.3.2.5 数据组装分析58
• 第四节 结果与分析58-66
• 2.4.1 甘蔗纤维素酶基因家族成员表达分析58-65
• 2.4.2 甘蔗纤维素酶基因单倍型Haplotype数目分析65-66
• 2.4.2.1 甘蔗基因组DNA的提取与PCR产物纯化回收和高通量测序65-66
• 2.4.2.2 组装数据分析66
• 第五节 讨论66-68
• 第三章 拟南芥纤维素酶基因家族突变体的鉴定和甘蔗纤维素酶基因家族的克隆转化68-98
• 第一节 前言68
• 第二节 材料68-69
• 3.2.1 植物材料68
• 3.2.2 试剂和仪器68-69
• 3.2.2.1 试剂68-69
• 3.2.2.2 仪器69
• 第三节 方法69-85
• 3.3.1 拟南芥突变体的鉴定与表型观察69-75
• 3.3.1.1 拟南芥突变体的查找69-70
• 3.3.1.2 拟南芥突变体的种植70-71
• 3.3.1.3 拟南芥突变体鉴定的引物设计71-73
• 3.3.1.4 拟南芥突变体基因组DNA的粗提取73
• 3.3.1.5 拟南芥突变体杂合度PCR检测73-74
• 3.3.1.6 拟南芥突变体表型观察74-75
• 3.3.2 运用Gateway技术构建甘蔗和拟南芥纤维素酶基因的表达载体75-83
• 3.3.2.1 甘蔗和拟南芥叶片组织RNA提取与cDNA—链合成75-76
• 3.3.2.2 甘蔗和拟南芥纤维素酶基因cDNA克隆的引物设计76-77
• 3.3.2.3 甘蔗和拟南芥纤维素酶基因的cDNA克隆77-78
• 3.3.2.4 BP反应78-80
• 3.3.2.5 LR反应80-83
• 3.3.3 目的载体转化农杆菌83
• 3.3.4 浸花法转化拟南芥83-84
• 3.3.5 拟南芥双基因突变体的获得与鉴定84-85
• 第四节 结果与分析85-96
• 3.4.1 拟南芥突变体的鉴定与表型观察85-92
• 3.4.1.1 拟南芥突变体杂合度PCR检测85
• 3.4.1.2 拟南芥纯合突变体表型观察85-92
• 3.4.2 运用Gateway技术构建甘蔗和拟南芥纤维素酶基因的表达载体92-95
• 3.4.2.1 甘蔗和拟南芥纤维素酶基因的cDNA克隆92-93
• 3.4.2.2 BP反应93
• 3.4.2.3 LR反应93-95
• 3.4.3 目的载体转化农杆菌和浸花法转化拟南芥95
• 3.4.4 拟南芥双突变的获得与筛选95-96
• 第五节 讨论96-98
• 第四章 结论98-100
• 附录1 名词缩写表100-101
• 附录2 培养基配方101-102
• 附录3 常用试剂102-104
• 参考文献104-114
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果114-116
• 致谢116-118
• 个人简历118-122

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 柴国华;付先虎;白泽涛;黄军艳;刘胜毅;;植物内切β-1,4-葡聚糖酶基因研究进展[J];中国农业科技导报;2009年05期

2 孔凯;孟宁;冯琳;李师翁;;产纤维素酶细菌的分离鉴定及产酶特性研究[J];兰州交通大学学报;2009年04期

3 张名佳;苏荣欣;齐崴;何志敏;;木质纤维素酶解糖化[J];化学进展;2009年05期

4 刘树立;王华;王春艳;盛占武;;纤维素酶分子结构及作用机理的研究进展[J];食品科技;2007年07期

5 黄祖新,陈由强,陈如凯;甘蔗渣的酶降解研究进展[J];甘蔗;2004年04期

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本文编号：320758