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拟南芥C2结构域蛋白的进化分析及其功能研究

2020-12-02阅读(596)

拟南芥C2结构域蛋白的进化分析及其功能研究

论文摘要

C2结构域是一个长度约为130个残基的钙离子（Ca+）结合结构域,其在真核生物中广泛存在并且在进化上较为保守。已有研究表明大量包含C2结构域的蛋白在信号传导和膜转运过程中发挥作用,其所涉及的生物过程非常的广泛。目前针对包含C2结构域的蛋白的研究大部分集中在人类和动物中,对其在植物中的了解还非常的有限。本实验室在研究拟南芥开花时间调控的过程中发现了一个编码C2结构域的基因C2-1,目前还没有对其功能进行研究的相关报道。我们感兴趣的是:该基因编码的包含C2结构域蛋白在植物营养生长向生殖生长转变的过程中起到了什么样的作用?是否会影响植物对逆境胁迫的响应?对种子的萌发和休眠等会不会产生影响?为此,本研究利用生物信息学和分子生物学等方法和技术,对拟南芥中编码含C2结构域蛋白的基因在植物开花时间调控和逆境胁迫中的功能进行了较为系统的研究,获得了如下研究结果:1)对C2-1基因进行了生物信息学分析,并同时对拟南芥中含有C2结构域的蛋白进行了进化分析。结果表明C2-1很有可能参与了拟南芥种子萌发和逆境胁迫等生物过程。同时发现拟南芥中一共包含有90个可以编码C2结构域蛋白的基因,并可以根据其编码蛋白的特性分为五个亚家族。2)分别对WT（Col）、c2-1单突变体、oe216和oe114过表达转基因植株进行开花时间表型观察发现:与野生型相比,oe216和oe114过表达植株开花时间明显推迟,而c2-1单突变体的开花时间与野生型相似。该结果表明C2-1基因对拟南芥开花时间起到了负调控作用。3)经过不同浓度NaCl处理后发现,与野生型相比,oe216和oe114过表达植株种子在100m M浓度NaCl培养基上的萌发率明显高于野生型,而c2-1单突变体种子则明显低于野生型。该结果表明在盐胁迫下,C2-1基因对于拟南芥种子萌发起着正调控作用。4)用荧光定量PCR检测开花时间调控相关基因（FLC、SOC1、FT、CO和MAFs）在WT（Col）、c2-1单突变体、oe216和oe114过表达转基因植株中的表达,结果显示:FLC基因的表达量在oe216和oe114过表达植株中比野生型中明显升高,而c2-1单突变体中FLC表达量与野生型相似。与FLC同源的MAF2、MAF4和MAF5基因的表达模式与Col野生型类似。与FLC基因相反,SOC1和FT在oe216和oe114过表达植株中的表达量明显下降。CO基因在4个材料中的表达量都没有明显的变化。COR15a、COR15b和RD29a在过表达转基因植株中的本底表达水平没有明显变化;而在c2-1突变体中则有明显的下降。当受到盐胁迫后,COR15a、COR15b和RD29a在过表达植株中的表达量提高了接近一倍,而在c2-1单突变体中下降了近90%。该结果从转录水平上解释了c2-1单突变体,oe216和oe114过表达转基因植株展现出各种不同表型的原因。综上所述,本研究结果表明C2-1基因对拟南芥开花时间起负调控作用,而对抗逆和种子萌发等都起着正调控作用。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1 引言
  •   2 国内外研究进展
  •     2.1 C2结构域
  •     2.2 开花时间调控
  •     2.3 逆境与开花时间调控
  •     2.4 非生物胁迫
  •   3 研究目的和意义
  • 第二章 C2结构域蛋白生物信息分析
  •   1 材料和方法
  •     1.1 含C2结构域基因家族的识别
  •     1.2 进化树构建和分析
  •     1.3 启动子基序分析
  •     1.4 互作蛋白预测分析
  •     1.5 GO（Gene Ontology）分析
  •   2 结果和分析
  •     2.1 C2-1基因结构分析
  •     2.2 互作蛋白预测分析
  •     2.3 拟南芥C2蛋白进化树和结构域分析
  •     2.4 拟南芥C2蛋白编码基因GO分析
  •     2.5 拟南芥C2基因表观遗传修饰分析
  •     2.6 白菜、水稻和拟南芥C2基因聚类分析
  •   3 讨论
  • 第三章 T-DNA插入突变体的筛选和过表达植株的获得
  •   1 材料与方法
  •     1.1 材料
  •     1.2 方法
  •   2 结果与分析
  •     2.1 纯合c2-1突变体筛选
  •     2.2 纯合c2-1突变体植株中C2-1基因的表达情况
  •     2.3 C2-1基因过表达载体构建成功
  •     2.4 阳性菌落PCR检测
  •     2.5 抗性苗的筛选与检测
  •   3 讨论
  • 第四章 C2基因的表型观察及功能分析
  •   1 材料与方法
  •     1.1 材料
  •     1.2 方法
  •   2 结果和分析
  •     2.1 过表达材料开花时间延迟
  •     2.2 C2-1过表达植株开花时间调控基因表达模式与表型相符
  •     2.3 FLC、SOC1 和 FT 基因在过表达植株中的表达量和趋势与表型相符
  •     2.4 盐胁迫下种子萌发率的变化
  •     2.5 非生物胁迫相关基因的本底表达
  •     2.6 种子表型及含油量的变化
  •   3 讨论
  • 第五章 全文总结与创新点
  •   1 总结
  •   2 创新点
  • 参考文献
  • 附录1 本研究用到的引物
  • 附录2
  • 致谢
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 陈锦华

    导师: 刘春林

    关键词: 结构域,进化分析,开花时间调控,逆境胁迫,种子萌发,拟南芥

    来源: 湖南农业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学,生物学

    单位: 湖南农业大学

    分类号: Q943.2

    DOI: 10.27136/d.cnki.ghunu.2019.000462

    总页数: 110

    文件大小: 4775k

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