马铃薯DHN家族基因鉴定及干旱胁迫诱导表达分析.pdf
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1、马铃薯遭遇干旱胁迫时,会导致产量下降、品质降低。用生物信息学的方法,对马铃薯 ()基因家族进行全基因组鉴定,对其理化性质、染色体分布等进行分析,利用荧光定量的方法,对其在干旱胁迫下和不同组织中的表达模式进行分析。结果表明,基因家族共鉴定出 个家族成员,分布于 号、号和 号染色体上,理化性质分析表明氨基酸长度为 个,分子量为 ,等电点()的范围为 。蛋白的二级结构基本以无规卷曲为主,延伸链与 转角的比例相当,仅有 以 螺旋为主。对马铃薯 基因上游 启动子区域顺式作用元件分析发现,基因受到光的调控,平均每个基因中有 个光响应元件;还受到脱落酸(、)、赤霉素()等激素的调控;与逆境胁迫相关的包括低温
2、响应元件(、)、干旱响应元件()等;生长发育调控元件包括胚乳表达()、种子特异性调控()、分生组织表达(、)。荧光定量结果发现,基因参与干旱应答响应,也有可能参与马铃薯的生长调控。本研究为马铃薯中的耐旱候选基因研究提供参考。关键词:全基因组;马铃薯;干旱胁迫;组织特异性;表达分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:基金项目:国家现代农业产业技术体系建设专项(编号:);河北省张家口市基础研究和人才培养计划项目(编号:);河 北 省 教 育 厅 自 然 科 学 类 青 年 项 目(编 号:);河北省马铃薯产业协同创新中心项目(编号:号)。作者简介:纪艺红(),女,河北张家口人,硕士,助
3、理研究员,研究方向为分子抗逆育种。:。通信作者:王磊,博士,讲师,研究方向为马铃薯种质资源创新。:。植物遭受高盐、干旱或重金属等非生物胁迫逆境时,会导致生长发育缓慢、减产及品质降低 。植物会通过一系列防御机制,来应对各种伤害,从而增强对各种非生物胁迫的抵抗能力,帮助植物适应环境,例如积累可溶性渗透物(可溶性糖、甘氨酸甜 菜 碱 等)及 合 成 亲 水 性 蛋 白,如 脱 水 素(,简称 ),一种高亲水性蛋白质,在细胞核、液泡、细胞质、线粒体和叶绿体等植物细胞结构中广泛存在 ,由 最早发现于 世纪 年代 。研究表明,在非生物胁迫的抗逆过程中,脱水素基因扮演着重要的作用 ,目前研究较多的是广泛参与
4、渗透调节相关功能的一类 蛋白 ,该类蛋白可与分子伴侣、渗调蛋白和解毒酶协同作用,在逆境下调控植物细胞的正常代谢活动 。据报道,基因与生物的抗逆性密切相关,当植物遭受如干旱、高盐和温度胁迫等与细胞脱水相关的非生物胁迫时,在营养组织中大量积累,从而保护蛋白质、核酸和细胞膜等 。很多研究表明,脱水素与干旱及盐胁迫的调控相关 。过量表达 类基因可以提高拟南芥、水稻、烟草、草莓、酵母和大肠杆菌等应对抗寒、抗旱或耐盐能力的非生物胁迫能力 。水稻植株过表达 ,抗旱和耐盐性与野生型相比显著增强 。在番茄中,过量表达雪莲 基因,可以提高植株的抗 旱 能 力 。在 小 立 碗 藓 中,和 在盐和甘露醇胁迫下被强烈
5、的诱导上调表达 。与野生型烟草相比,过表达枇杷脱水素基因 能够显著提高转基因烟草植株的抗寒能力 。在辣椒中对盐胁迫起正调控作用,此外,也有研究发现 与重金属的应答和解毒相关 。受低温胁迫上调表达 。在芥菜中,烟草中过表达的 个脱水素基因 和 受重金属诱导,提高了过表达烟草植株对重金属 和 的抵抗能力 。在烟草中,过量表达玉米脱水素基因 ,有利于提高转基江苏农业科学 年第 卷第 期因植株对 胁迫的抗性 。大麦脱水素基因 被干旱、和盐胁迫诱导 。本研究主要对马铃薯中的 基因进行鉴定,分析了它们在染色体上的分布,对马铃薯中 基因启动子区的顺式元件、组织器官表达模式以及非生物胁迫下的表达模式进行研究,
6、有助于了解 基因在马铃薯抗逆分子机制中的作用,为进一步对马铃薯的遗传改良提供理论依据。材料与方法 试验时间及地点本试验于 年 月在河北北方学院旱作农业研究中心实验室完成。马铃薯基因组中 成员的鉴定及染色体定位马铃薯基因组信息、蛋白质和 序列及染色体位置等信息均下载自在线数据资源(,:)。以 含 有 保 守 结 构 域 的 模型()作为模板在 (:)中搜索,利用 比对(:),使 用 (:)网站进行验证,最终得到 个含有 保守结构域的 成员。根据基因组的注释信息和 家族基因成员在染色体上所对应的位置,使用 软件绘制 基因的染色体位置图,用 软件进行美化处理。马铃薯 家族成员的序列和结构特征分析使用
7、 网站(:)计算 成员的氨基酸数量、蛋白质分子量(,简称 )以及理论等电点(,简称 );将 家族成员序列上传至 (:),进行亚细胞定位分析;使用 (:)在线预测 个 蛋白质二级结构。使用 (:),搜索识别所有 家族基因的蛋白保守基序()。使用 (:)确定基因内含子和外显子结构,用 软件进行美化处理。马铃薯 家族成员顺式作用元件预测通过 脚本检索,将马铃薯基因数据库中每个 基因的启动子序列(非翻译区上游 )上传于 (:),进行搜索检测,将顺式作用元件按功能归类后,使用 (:)将结果进行可视化。马铃薯 家族的表达模式分析使用马铃薯品种冀张薯 号组培苗,采用浓度 的 处理 、后,株混合取样,试验重复
8、 次,在液氮中速冻,存放于 ,提取植株 ,反转录为 ,用于分析干旱胁迫下的表达模式。在开花期取不同组织(花、根、茎、叶、块茎、葡匐茎)分析各基因在不同组织中的表达模式。使用 对马铃薯 家族进行查找设计引物(表 ),以 为内参基因,反应体系():、上下游引物各 、。反应条件:;,共计 个循环。组织中将茎中表达量设为 ,干旱胁迫以未处理的材料()作为对照,表达量设为 。使用表 引物名称及序列基因名称正向引物()反向引物()注:为延伸因子(),为 。江苏农业科学 年第 卷第 期 方法计算和分析,使用 软件绘图。结果与分析 的鉴定及染色体分布通过生物信息学方法,利用 进行搜索,结果共鉴定出 个候选 基
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