發(fā)布時間：2017-12-10 04:01

  本文關鍵詞：棉花異質型ACCase基因家族鑒定與功能分析

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【摘要】：棉花是重要的經(jīng)濟作物和油料作物。棉籽中含有豐富的脂肪酸,可用于加工食用油、工業(yè)原料和生物柴油。異質型ACCase(heterromeric Acetyl-CoA carboxylase,ACCase)是各種脂肪酸從頭合成的限速酶和關鍵酶,它由生物素羧化酶(BC)、生物素羧基載體蛋白(BCCP)及羧基轉移酶(CT)的2個亞基α-CT和β-CT組成。本研究是在棉屬(Gossypium)二倍體種(雷蒙德氏棉、亞洲棉)和四倍體種(陸地棉、海島棉)基因組測序完成的基礎上,對棉花異質型ACCase的三個核基因組編碼的亞基基因家族進行全基因組水平鑒定和比較;在低溫和鹽脅迫處理下,雷蒙德氏棉、亞洲棉(石系亞1號)和陸地棉(TM-1)中所CCP基因響應的方式存在差異;結合公共數(shù)據(jù)中陸地棉(G.hirsutum)TM-1脅迫條件下的RNA-Seq數(shù)據(jù),探究BCCP、BC和CTα基因家族成員在不同非生物脅迫下的應答反應。對GhBCCP1蛋白亞細胞預測結果進行驗證,并克隆其上游1.5kb的啟動子序列,進行缺失系列載體構建和活性研究。對Xu244(轉基因受體材料)中異質型ACCase四亞基基因在各組織和不同非生物脅迫中的表達模式進行分析。對異質型GhACCase四亞基中過表達單基因轉化材料進行篩選、油分測定,兩兩聚合。取得的主要研究結果如下:1.從雷蒙德氏棉、亞洲棉、陸地棉和海島棉全基因組數(shù)據(jù)中分別鑒定出24個BCCP基因(4個GaBCCP、4個 GrBCCP、8 個 GhBCCP和 8 個 GbBCCP)、12 個 BC基因(2 個 GaBC、2 個 GBBC、4 個 GhBC 和 4 個 GbBC)和 11 個 CTα基因(3 個 GaCTα、2 個 GrCTα、4 個GhCTα和2個GbCTα),均以單個基因的形式分布在染色體上。亞洲棉中CTα基因比雷蒙德氏棉中多1個,陸地棉CTα基因比海島棉中多2個。對四個棉種中BCCP基因成員進行系統(tǒng)進化分析,結果表明BCCP基因家族可分為2個組;組Ⅰ中基因長度比組Ⅱ中的變化大,兩個組的基因結構比較復雜;基因復制結果表明,片段復制是導致陸地棉和海島棉中BCCP基因數(shù)目擴增的主要原因。四個棉種間分別成功鑒定出20組、6組和6組BCCP、BC和CTα直系同源基因,其中分別有11組、3組和3組BCCP、BC和CTα直系同源基因結構非常相似,剩余9組BCCP、3組BC和3組CTα直系同源基因結構存在差異,推測大多數(shù)直系同源基因的基因結構保守性一般。2.雷蒙德氏棉、亞洲棉(石系亞1號)和陸地棉(TM-1)中16個BCCP基因在鹽脅迫24h后,6個BCCP基因在根中表達上調,在莖中,雷蒙德氏棉和亞洲棉中的BCCP基因鹽脅迫24h后表達上調;低溫脅迫下,GrBCCP3、GaBCCP1、GaBCCP2、GaBCCP3、GaBCCP4 和 GhBCCP7在根中誘導上調表達。GrBCCP3、GaBCCP1、GaBCCP3和GaBCCP4低溫脅迫24h后,在莖中上調表達;同時發(fā)現(xiàn)在鹽和低溫脅迫24h后,GrBCCP3、GaBCCP1、GaBCCP2和GaBCCP4在莖中均表達上調,GaBCCP1和GaBCCP3在葉片中均誘導表達。基于TM-1不同組織和不同非生物脅迫的RNA-Seq數(shù)據(jù),對陸地棉中8個BCCP、4個BC和4個CTα基因進行轉錄本分析,結果表明它們在檢測的組織中均有表達,其中4個BCCP基因(GhBCCP2、GhBCCP4、GhBCCP6和 GhBCCP7)、2 個BC基因(GhBC和 GhB3)和 2 個 CTα 基因(GhCTα1 和 GhCTα3)在不同發(fā)育時期的幼胚中轉錄水平較高,這些基因可能對脂肪酸積累起到積極作用;在不同非生物脅迫下,GhBCCP1在鹽脅迫、干旱脅迫處理下呈現(xiàn)升-降-升趨勢,表明GhBCCP1基因在這兩種脅迫中可能受到反饋調節(jié)作用;在鹽脅迫、干旱和熱脅迫處理下,GhBCCP5和GhBCCP6下調表達,可能起負調控作用;熱脅迫處理下陸地棉中4個GhBC上調表達,說明這4個GhBC基因在熱脅迫下起正向調控作用;熱脅迫、干旱和鹽脅迫處理12h后,陸地棉中GhCTα1、GhCTα3和GhCTα4基因上調表達,可能這三個基因在這三種脅迫下起正向調控作用。這些結果表明GhBCCP、GhBC和GhCTα基因成員確實參與不同非生物脅迫的應答反應。3.GhBCCP1蛋白定位在葉綠體上,GhBCCP1啟動子系列缺失片段研究發(fā)現(xiàn),在1449-1195 bp之間存在比較重要的DOF核心元件和1個MYB元件,它們對啟動子活性有很大的影響。4.異質型GhACCαse四個亞基基因在Xu244材料的根、莖、葉和纖維不同發(fā)育時期的組織中均有表達,但表達水平不同,其中GhCTβ在葉片中的表達量最高,推測可能是葉片中葉綠體含量比較豐富。在ABA處理12h后,GhBCCP1、GhBC1、GhCTα2和GhCTβ均上調表達,推測在ABA處理12 h后這四個基因可能協(xié)同響應ABA處理,而在低溫和MeJA處理下表達模式并不一致,暗示異質型ACCase四個亞基在低溫和MeJA處理下有不同的應答機制。5.八份材料的棉仁油分含量測定結果表明,棉仁在20-30 DPA階段油分積累速度最快,30-35 DPA階段油分積累速度變慢,35-40 DPA階段有4份材料棉仁油分含量開始下降;8份棉花材料幼胚的不同發(fā)育時期,異質型GhACCase四個亞基基因表達結果顯示,棉仁油分含量較高的材料,四個基因表達高峰集中在幼胚發(fā)育的同一時期,如10H1041的油分含量為35.29%,四個亞基表達高峰均在幼胚發(fā)育的25 DPA;棉仁油分含量相對高的材料,三個基因表達高峰出現(xiàn)在幼胚發(fā)育的同一時期,如11-0514和10H1007的油分含量分別為29.51%和29.69%,GhBCCP1、GhBC1和GhCTα2表達高峰均在幼胚發(fā)育的35 DPA,10H1014材料的油分含量為33.55%,GhBCCP1、GhBC1和GhCTα2表達高峰在幼胚發(fā)育的25DPA;棉籽油分含量低的材料,兩個基因表達高峰在同一個時期(GhBCCP1和GhhC1、GhCTα2和GhCTβ表達高峰分別在幼胚發(fā)育的不同時期)或四個亞基表達高峰均不在一個時期,如Xu244、11-0711、11-0509和11-0512。這些結果表明棉籽油分含量高的棉花材料,異質型ACCase四個亞基基因在種子油分積累的主要時期傾向于協(xié)同表達,而在棉籽油分含量低的材料中,其在油分積累的主要時期協(xié)同表達趨勢較弱。6.過表達異質型GhACCase的單個亞基材料中,T3代GhBCCP1轉基因株系油分含量增加21.92%,達到顯著水平;GhBC1轉基因株系和GhCTβ轉基因株系的油分含量均約增加17%,達到顯著水平;GhCTα2轉基因株系的油分含量較受體材料未達顯著水平。說明過表達GhBCCP1、GhBC1和GhCTβ基因均能提高棉籽油分,而GhCTα2基因提高油分的功能有待進一步研究。轉GhCTβ基因的T5代棉仁平均含油量較對照提高4.27百分點,過表達GhBCCP1和GhBC1的T5代轉基因材料棉仁平均油分含量較對照分別提高1.01和1.67個百分點,GhCTα2的T5代轉基因材料比對照平均降低0.51個百分點,本研究中T6和T9代四個亞基轉基因材料油分結果與T5代的結果基本一致。這些結果表明分別過表達GhCTβ、GhBC1和GhBCCP1單亞基對提高棉仁油分具有一定的潛能。GhBCCP1×GhCTβ的兩個聚合株系成熟期棉仁油分含量與親本無顯著區(qū)別,而GhCTβ×GhBC1和GhBCCP1×GhCTα2聚合材料成熟期的棉仁油分含量顯著低于親本材料。這些結果表明目前兩兩聚合的亞基轉基因材料沒有顯著提高油分含量,其原因可能是兩聚合的轉基因植株體內沒有提高ACCase的活性,將四個亞基全部聚合在一起進行過表達或許可以提高棉籽油分含量,但這推論還需進一步的研究。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S562

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李淞淋;張雯麗;;中國食用植物油消費發(fā)展及展望[J];農(nóng)業(yè)展望;2016年09期

2 劉麗;余渝;孔憲輝;王娟;王旭文;華金平;;新疆早熟陸地棉籽粒發(fā)育特征研究及脂肪酸成分分析[J];西南農(nóng)業(yè)學報;2016年04期

3 王哲;譚曉風;龍洪旭;;油桐乙酰輔酶A羧化酶BC亞基全長cDNA克隆及序列分析[J];中南林業(yè)科技大學學報;2015年03期

4 商連光;李軍會;王玉美;李玉華;王丹;熊敏;華金平;;棉籽油分含量近紅外無損檢測分析模型與應用[J];光譜學與光譜分析;2015年03期

5 馬建江;吳Z，

本文編號：1273009