【摘要】：類胡蘿卜素(carotenoids)是一類重要的天然色素的總稱,是一類脂溶性色素,普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類之中。類胡蘿卜素是一類光合色素,同時也是植物花、果實等的重要呈色因子之一。八氫番茄紅素合成酶(PSY)是類胡蘿卜素生物合成途徑中的第一個限速酶,它能催化r{牛兒基r{牛兒基焦磷酸(GGPP)轉(zhuǎn)化形成八氫番茄紅素。在玉米胚乳、水稻胚乳、馬鈴薯塊莖、番茄果實、油菜籽中超量表達PSY基因能顯著提高類胡蘿卜素的含量,提高農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)。類胡蘿卜素裂解雙加氧酶(CCO)催化類胡蘿卜素的降解,是影響類胡蘿卜素含量的重要因子。棉花(Gossypium)是世界上重要的經(jīng)濟作物,棉纖維是紡織工業(yè)中使用最多的天然纖維,在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。天然彩色棉具有免印染,污染小等優(yōu)勢。但是,色彩單一和呈色穩(wěn)定性差,嚴重制約了彩色棉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。培育色彩豐富、呈色穩(wěn)定的彩色棉新材料具有重要的理論意義和良好的應用前景。在前期獲得轉(zhuǎn)基因材料的基礎上,本文首先對Fbl2A::GhPSY2D轉(zhuǎn)基因棉花的成熟纖維呈色進行穩(wěn)定性分析,并分析了轉(zhuǎn)基因?qū)γ藁ù紊诤铣善?開花后20天)纖維轉(zhuǎn)錄組的影響。同時,對棉花的CCO基因家族進行了生物信息學分析和表達模式分析,利用病毒誘導的基因沉默技術(VIGS),沉默陸地棉組織中優(yōu)勢表達的CCO基因,探究對棉花纖維呈色的影響,構建CCO基因的RNA干擾載體,進行棉花遺傳轉(zhuǎn)化。主要結(jié)果如下:1.Fbl2A::GhPSY2D棉花植株成熟纖維呈色分析對Fbl2A::GhPSY2D轉(zhuǎn)基因棉花的成熟纖維進行表型觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn),相較于對照組,轉(zhuǎn)基因材料的成熟纖維呈現(xiàn)明顯的棕黃色。連續(xù)3個世代的觀察結(jié)果顯示,成熟纖維呈色能夠穩(wěn)定遺傳。2.Fbl2A::GhPSY2D棉花植株成熟纖維品質(zhì)分析對Fbl2A::GhPSY2D轉(zhuǎn)基因材料#210、#212號轉(zhuǎn)化子成熟纖維進行衣分測定,結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因材料衣分含量顯著下降;同時,纖維品質(zhì)檢測結(jié)果顯示,Fbl2A::GhPSY2D成熟纖維馬克隆值顯著降低,分別為3.8±0.35和3.85±0.25,其余纖維品質(zhì)指標無明顯變化。3.Fbl2A::GhPSY2D轉(zhuǎn)基因棉花#212轉(zhuǎn)化子20 DPA纖維轉(zhuǎn)錄組分析對Fbl2A::GhPSY2D轉(zhuǎn)基因棉花開花后20天的纖維進行轉(zhuǎn)錄組分析,結(jié)果顯示,總共有8870個基因存在表達差異,其中有上調(diào)基因5336個,下調(diào)基因3534個。進一步對差異基因進行KEGG富集分析,上調(diào)差異表達的基因主要富集在α-亞麻酸代謝途徑、植物-病原體相互作用途徑、植物激素信號轉(zhuǎn)導途徑、苯丙氨酸代謝途徑、苯丙烷類生物合成途徑、半胱氨酸和蛋氨酸代謝途徑和氨基糖和核苷酸糖代謝途徑。下調(diào)差異表達的基因主要富集在光合生物中的碳固定途徑、光合作用-天線蛋白途徑、乙醛酸和二羧酸代謝途徑、光合作用途徑、碳代謝途徑、植物晝夜節(jié)律途徑、油菜素內(nèi)酯生物合成途徑和磷酸戊糖途徑。4.棉花CCO基因家族成員的鑒定和進化分析以擬南芥的CCO蛋白序列為參考,在雷蒙德氏棉、亞洲棉和陸地棉蛋白數(shù)據(jù)庫中對CCO蛋白家族成員進行鑒定,分別鑒定得到15、16和30個編碼CCO蛋白酶的基因。將擬南芥CCO基因家族成員與棉花CCO基因家族成員進行聚類分析。結(jié)果表明,棉花CCO基因家族可以分為6簇,分別為CCD1、CCD4、CCD7、CCD8、CCD-like和NCEDs。5.CCO基因在陸地棉中的表達模式根據(jù)前人的野生型陸地棉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),對陸地棉CCO基因家族所有成員在各組織中的表達模式進行Heatmap分析,結(jié)果顯示,與其它基因的表達水平相比,GhCCD1A/1D在陸地棉多數(shù)組織中優(yōu)勢表達,此外,GhCCD4-2A在開花后20天纖維中優(yōu)勢表達。同時,選取陸地棉5個組織(根、莖、葉、花瓣以及20 DPA纖維),對GhCCOs基因進行的qRT-PCR檢測,與Heatmap結(jié)果相符合。6.沉默CCO基因提高棉花葉片與纖維中類胡蘿卜素水平在白色棉花植株中利用VIGS技術沉默GhCCD1D和GhCCD4-2A基因的表達,棉花子葉呈現(xiàn)明顯黃色,類胡蘿卜素含量顯著提高。另外,以轉(zhuǎn)基因棉花Fbl2A::GhPSY2D為受體,利用VIGS技術下調(diào)GhCCD1D和GhCCD4-2A基因的表達,沉默植株28DPA纖維顏色加深。7.CCO基因RNA干擾載體的構建以及棉花遺傳轉(zhuǎn)化為了進一步調(diào)控GhCCO基因的表達,構建了棉花遺傳表達載體pLGN-pFbl2A-GhCCDs-RNAi,并進行遺傳轉(zhuǎn)化。目前,獲得了轉(zhuǎn)基因幼苗3株。以上結(jié)果顯示,在棉花纖維次生壁合成時期特異上調(diào)基因GhPSY2D的表達水平,可以使棉花纖維呈現(xiàn)棕黃色,下調(diào)GhCCD1D和GhCCD4-2A基因的表達,能進一步加深棉花纖維的顏色。通過對類胡蘿卜素代謝基因表達水平的調(diào)控,改良彩色棉纖維的顏色。
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S562
【圖文】：

第 4 章 結(jié)果與分析第 4 章 結(jié)果與分析4.1 Fbl2A:: GhPSY2D 轉(zhuǎn)基因棉花纖維生化分析4.1.1 Fbl2A:: GhPSY2D 轉(zhuǎn)基因棉花的種植及鑒定從 Fbl2A:: GhPSY2D 轉(zhuǎn)基因棉花 T3 代中選取#210、#211、#212 三個表達量較高并且性狀穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化子進行種植作為 T4 代材料。通過 PCR 擴增和 qRT-PCR 檢測的方法對種植到田間的轉(zhuǎn)基因材料進行進一步篩選，結(jié)果顯示，在轉(zhuǎn)基因株系中 GhPSY2D 基因（20 DPA）的表達量明顯高于 null 系（圖 4.1）。由于 T4 代中#211植株較少，因此，選取#210 和#212 株系作為后續(xù)試驗對象。

4.1.3 Fbl2A:: GhPSY2D 轉(zhuǎn)基因棉花成熟纖維衣分測定為了探究類胡蘿卜素對棉花纖維品質(zhì)的影響，對 T4 代材料進行衣分測定，結(jié)果表明，相較于 null 系，#210 與#212 株系成熟纖維的纖維衣分含量顯著下降（圖4.3），#210 與#212 兩個株系的衣分分別為 24.33 %和 25.08 %，與 null 系（34.92 %）相比，分別下降了 10.59 %和 9.84 %。圖4.3成熟纖維衣分測定Figure 4.3 Determination of mature fiber lint percentage4.1.4 Fbl2A:: GhPSY2D 轉(zhuǎn)基因棉花成熟纖維品質(zhì)棉花纖維品質(zhì)指標包括上半部平均長度，整齊度指數(shù)，伸長率，斷裂比強度和馬克隆值等。其中馬克隆值是反映棉花纖維細度與成熟度的綜合指標，是棉纖維重要的內(nèi)在質(zhì)量指標之一，與棉纖維的使用價值關系密切。2018 年 T4 代纖維品質(zhì)檢測結(jié)果顯示（表 4.2），與 null 系相比

西南大學碩士學位論文34圖4.5 Fbl2A::GhPSY2D#212轉(zhuǎn)化子和對照株系中部分上調(diào)的ABA信號轉(zhuǎn)導途徑基因的qRT-PCR驗證Figure 4.5 qRT-PCR verification of parts of ABA signal transduction pathway up-regulatedgenes in Fbl2A::GhPSY2D #212 transgenic line and control課題組前期研究表明，利用 SCFP 啟動子在纖維伸長期持續(xù)表達 GhOR 基因能夠在早期提高纖維中類胡蘿卜素和伸長期纖維中 ABA 的含量，同時能夠改變成熟纖維長度、強度和細度等品質(zhì)指標。同樣，在 Fbl2A：：GhPSY2D #212 轉(zhuǎn)化子20DPA 纖維與成熟纖維中也出現(xiàn)了類似的結(jié)果。因此，這種改變可能是通過調(diào)控類胡蘿卜素的含量，影響相關激素（ABA 等）合成來完成的。4.3 棉花 CCO 基因家族成員的鑒定和生物信息學分析課題組前期研究結(jié)果表明，為了徹底抑制纖維細胞中類胡蘿卜素降解，除了抑制目標類胡蘿卜素下游的代謝基因外，還需進一步抑制 CCO 基因的表達。同時

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 丁巍;尚敏敏;趙鵬;徐軍偉;李濤;余旭亞;;叔丁基對羥基茴香醚對雨生紅球藻蝦青素積累和psy基因表達量的影響[J];食品科學;2017年06期

2 朱躍輝,嚴媛,姜建國,宋冬林;鹽藻PSY基因cDNA的克隆、序列測定及其進化分析[J];生命科學研究;2004年04期

3 蔡華;馬傳喜;司紅起;喬玉強;;中國小麥微核心種質(zhì)資源Psy基因的等位變異[J];云南植物研究;2009年05期

4 潘淑媛;蘇瑪;;PSY切口應用于前置胎盤剖宮產(chǎn)術的臨床研究[J];吉林醫(yī)學;2009年15期

5 姚琴;叢玲;羅立廷;陳明潔;汪越盛;楊廣笑;何光源;;擬南芥psy基因cDNA的克隆及其植物表達載體的構建[J];生物技術;2006年01期

6 汪婷婷;季靜;王罡;關春峰;張烈;金超;;農(nóng)桿菌侵染玉米芽尖導入psy基因的研究[J];中國生物工程雜志;2012年08期

7 何東紅;高建宏;倪亞加;于娟娟;;PSY切口應用到前置胎盤患者臨床治療探究和分析[J];大家健康(學術版);2015年18期

8 蔡華;馬傳喜;司紅起;喬玉強;;普通小麥D染色體組上psy基因位點的分子證據(jù)[J];麥類作物學報;2010年06期

9 蔡華;馬傳喜;司紅起;喬玉強;;小麥黃色素合成途徑中Psy基因的克隆及分子特性[J];云南植物研究;2008年06期

10 徐力蛟;;提高規(guī)�；i場母豬年生產(chǎn)力(PSY)的關鍵控制點[J];福建畜牧獸醫(yī);2013年04期

相關會議論文 前9條

1 曾勇慶;;母豬的細化管理與年生產(chǎn)力(PSY)提高的策略[A];“生泰爾”杯全國養(yǎng)豬技術征文大賽——中國畜牧獸醫(yī)學會養(yǎng)豬學分會五屆三次理事會暨生豬產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集[C];2012年

2 曾文芳;謝宗周;楊曉明;葉俊麗;徐強;鄧秀新;;柑橘PSY基因SSR多態(tài)性引起酶活性的改變[A];中國園藝學會2012年學術年會論文摘要集[C];2012年

3 薛蕾;高桂珍;伍曉明;閆貴欣;陳碧云;許鯤;;白菜型油菜八氫番茄紅素合成酶基因(PSY)的克隆與序列分析[A];2009年中國作物學會學術年會論文摘要集[C];2009年

4 蘆小單;韓德復;苑芷茜;朱長甫;;龍膽八氫番茄紅素合成酶(PSY)基因及其功能研究[A];吉林省第六屆生命科學大型學術報告會論文集[C];2008年

5 趙大球;盛艷樂;周春華;陶俊;;柿果實PSY基因組全長的克隆和序列分析(摘要)[A];第二屆全國果樹分子生物學學術研討會論文集[C];2009年

6 杜明洋;曹輝;王小姍;;酸美金剛聯(lián)合豐富環(huán)境對早老小鼠探索焦慮行為及PSY、nNOS表達的影響[A];中華醫(yī)學會第十八次全國神經(jīng)病學學術會議論文匯編（下）[C];2015年

7 張玲;楊向暉;林順權;;枇杷果實總RNA的提取及八氫蕃茄紅素合成酶基因(PSY)片段的克隆[A];第五屆全國枇杷學術研討會論文（摘要）集[C];2011年

8 袁平麗;劉文革;趙勝杰;路緒強;閻志紅;何楠;;四倍體西瓜中Psy和Lcyb基因的表達與番茄紅素積累分析[A];2012年園藝植物染色體倍性操作與遺傳改良學術研討會論文摘要集[C];2012年

9 王艷;田紅梅;王明霞;秦艷梅;張建;賈利;馬紹捚;方凌;;Mn~(2+)和K~+對番茄果實中番茄紅素及其關鍵酶基因表達量的影響[A];中國園藝學會2015年學術年會論文摘要集[C];2015年

相關博士學位論文 前1條

1 蔡華;小麥黃色素合成途徑中Psy基因的克隆與分子特性及黃色素含量DH群體的構建[D];安徽農(nóng)業(yè)大學;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 王川南;調(diào)控PSY和CCO基因提高棉花纖維類胡蘿卜素水平[D];西南大學;2019年

2 楊隱;PSY銀行實施供應鏈金融業(yè)務研究[D];吉林大學;2013年

3 黃彬城;PSY基因植物表達載體的構建及對洋桔梗轉(zhuǎn)化的研究[D];吉林大學;2006年

4 張嬪;萬壽菊屬植物染色體核型分析及萬壽菊psy基因遺傳轉(zhuǎn)化體系影響因素的研究[D];上海交通大學;2012年

5 邱文青;農(nóng)桿菌介導法將PSY基因轉(zhuǎn)入玉米自交系的研究[D];天津大學;2010年

6 汪婷婷;農(nóng)桿菌介導HAK和PSY基因的玉米遺傳轉(zhuǎn)化研究[D];天津大學;2012年

7 楊帆;色素萬壽菊psy雙邊界載體及遺傳轉(zhuǎn)化體系建立和SSR-PCR體系的優(yōu)化[D];上海交通大學;2011年

8 鄔昌榮;多年生簇毛麥物種PSY基因的克隆與進化分析[D];電子科技大學;2011年

9 果洪宇;類胡蘿卜素合成酶基因PSY對生菜的遺傳轉(zhuǎn)化[D];長春理工大學;2007年

10 霍培;PSY和LycB轉(zhuǎn)化玉米自交系的研究[D];天津大學;2012年

本文編號：2751564