【摘要】：二酰甘油�；D(zhuǎn)移酶(Acyl-CoA:diacylglycerol acyltransferase,DGAT)作為植物油脂三酰甘油(TAG)合成途徑中唯一的限速酶,參與植物油脂合成及生長發(fā)育等重要過程。本研究利用生物信息學等手段對玉米(Zea mays L.)DGAT基因家族進行鑒定和功能研究。主要的研究內(nèi)容包括:(1)在全基因組水平上對玉米DGAT基因家族進行篩選和鑒定,并對家族成員進行全面的生物信息學分析;(2)玉米DGAT基因家族響應非生物脅迫的表達分析;(3)玉米兩個II型DGAT基因的全長克隆及其酶學功能驗證。主要結(jié)果如下:1.本研究共鑒定分離5個玉米DGAT基因家族成員,其中包括兩個I型DGAT:ZmDGAT1.1和ZmDGAT1.2;兩個II型DGAT:ZmDGAT2.1和ZmDGAT2.2;以及一個III型DGAT:ZmDGAT3。玉米的DGAT1和DGAT2基因家族均含有多個跨膜結(jié)構(gòu)域,而玉米DGAT3基因不包含跨膜結(jié)構(gòu)域。2.系統(tǒng)進化分析結(jié)果顯示:各個物種的DGAT1、DGAT2和DGAT3的蛋白序列分別與其他物種的I,II或III型DGAT聚類在同一個簇內(nèi);其中在不同的基因家族分枝之內(nèi),同家族的不同物種的DGAT蛋白根據(jù)高低等植物進行了進一步的劃分,其中玉米被劃分到單子葉植物分組內(nèi),玉米DGAT蛋白均與高粱表現(xiàn)出較近的親緣關(guān)系。進化過程中,DGAT基因家族從藻類到單、雙子葉植物的直系同源基因的內(nèi)含子、外顯子和功能區(qū)片段的長度和數(shù)目發(fā)生了不同程度的增減。3.蛋白保守功能區(qū)的研究表明:兩個玉米DGAT1編碼的蛋白均包含膜結(jié)合酰基轉(zhuǎn)移酶類蛋白MBOAT功能域(PF03062,Membrane bound O-acyl transferase)以及與油脂積累相關(guān)的ARE1調(diào)控元件(alkane-responsive element one)。兩個玉米DGAT2編碼的蛋白均包含溶血磷脂酰基轉(zhuǎn)移酶類基因家族所包含的LPAT(Lysophospholipid acyltransferase)保守結(jié)構(gòu)域(又稱MBOAT2),也是膜結(jié)合類蛋白功能域。DGAT1和DGAT2的功能域都集中在蛋白的N端,而玉米DGAT3編碼的蛋白包含DGAT3中的細胞分裂類蛋白Zap A以及與鐵氧還蛋白/硫氧還蛋白相同的鐵氧還蛋白結(jié)構(gòu)域。4.不同非生物脅迫條件下的表達分析結(jié)果表明,玉米根和葉片組織中的DGAT1和DGAT2基因在多種非生物脅迫條件下上調(diào)表達,表明玉米DGAT基因作為脂類代謝過程中的關(guān)鍵基因,參與了植物響應非生物逆境脅迫過程,而且玉米DGAT基因在不同時間點和不同組織位的表達有明顯差異,表現(xiàn)出不同的趨勢,說明玉米DGAT基因家族成員對多種非生物脅迫有響應,并且在響應非生物脅迫過程中可能發(fā)揮著不同的作用。5.本文對兩個II型玉米DGAT2基因的編碼區(qū)進行了全長克隆,分別連接到酵母表達載體pYES2.1中,經(jīng)過驗證的表達載體轉(zhuǎn)化到酵母脂類合成突變體H1246菌株進行異源表達。結(jié)果表明兩個玉米DGAT2基因的表達能夠恢復酵母突變體形成脂類的表型,說明兩個玉米DGAT2基因編碼的蛋白具有合成脂類的酶學功能。
[Abstract]:Diacylglycerol transferase (Acyl-CoA:diacylglycerol acyltransferase,DGAT) is the only rate-limiting enzyme in triacylglycerol (TAG) synthesis pathway, which plays an important role in plant oil synthesis, growth and development. In this study, bioinformatics was used to identify and study the (Zea mays L.) DGAT gene family in maize. The main research contents are as follows: (1) screening and identification of maize DGAT gene family at the whole genome level. The family members were analyzed by bioinformatics; (2) the expression of maize DGAT gene family in response to abiotic stress; (3) the full-length cloning and enzymatic function verification of two II type DGAT genes in maize. The main results are as follows: 1. In this study, five members of maize DGAT gene family were identified and isolated, including two type I DGAT:ZmDGAT1.1 and two II types of DGAT:ZmDGAT2.1 and ZmDGAT2.2; and one III type DGAT:ZmDGAT3.. Both DGAT1 and DGAT2 gene families in maize contain multiple transmembrane domains, while DGAT3 genes do not contain transmembrane domains. Phylogenetic analysis showed that the protein sequences of DGAT1,DGAT2 and DGAT3 of each species were clustered in the same cluster as those of other species, and were in different branches of gene family. The DGAT proteins of different species in the same family were further divided according to the higher and lower plants, in which maize was divided into monocotyledonous groups, and the DGAT protein of maize showed a close relationship with sorghum. During evolution, the length and number of homologous gene introns, exons and functional regions of the lineal homologous genes in dicotyledonous plants increased or decreased in varying degrees from algae to monocotyledonous plants. The study of conserved functional regions of protein showed that the two proteins encoded by DGAT1 in maize contained MBOAT functional domain (PF03062,Membrane bound O-acyl transferase) of membrane-binding acyltransferases and ARE1 regulatory elements related to lipid accumulation (alkane-responsive element one). The two proteins encoded by DGAT2 in maize contain the conserved domain of LPAT (Lysophospholipid acyltransferase) (also called MBOAT2) contained in the family of lysophosphatidyl transferase genes, and the functional domains of membrane binding protein domain. DGAT1 and DGAT2 are both concentrated in the N-terminal of the protein. The protein encoded by maize DGAT3 contains the cell division protein Zap A in DGAT3 and the ferredoxin domain. 4, which is the same as ferredoxin / thioredoxin. The expression of DGAT1 and DGAT2 genes in maize roots and leaves were up-regulated under various abiotic stress conditions, indicating that DGAT gene was the key gene in lipid metabolism. The DGAT gene expression in maize was different at different time points and different tissue sites, which indicated that DGAT gene family members were responsive to various abiotic stresses, and the expression of DGAT gene in maize was different at different time points and different tissue sites, indicating that maize DGAT gene family members were responsive to various abiotic stresses. And may play a different role in response to abiotic stress. In this paper, two full-length coding regions of II type maize DGAT2 gene were cloned and ligated into yeast expression vector pYES2.1, respectively. The verified expression vector was transformed into yeast lipid synthesis mutant H1246 for heterologous expression. The results showed that the expression of two maize DGAT2 genes could restore the lipid-forming phenotype of yeast mutants, indicating that the proteins encoded by the two maize DGAT2 genes had the enzymatic function of lipid synthesis.
【學位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S513

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本文編號：2209793