果膠是棉纖維初生細胞壁中基本成分之一,并影響纖維和木質結構中的次生壁增厚。果膠是通過UDP-α-D-半乳糖醛酸（UDP-α-D-galacturonic acid,UDP-GalA）聚合形成的聚半乳糖醛酸復合多糖。所以UDP-GalA是果膠合成的重要前體。目前發(fā)現(xiàn)其主要通過D-半乳糖醛酸（D-galacturonate）,肌醇（myo-inositol）和UDP-葡萄糖（UDP-glucose）途徑進行生物合成。通過代謝組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),隨著纖維的發(fā)育,各果膠前體核甘糖含量都呈現(xiàn)下降的趨勢,具有優(yōu)異纖維品質的陸地棉品系0-153中的各果膠前體核甘糖的含量明顯低于品質較差的品系sGK9708,推測這些果膠前體核甘糖可能對棉花品質的形成起到重要的影響。通過對已有的轉錄組數(shù)據(jù)重分析,篩選了參與果膠生物合成的基因家族成員并根據(jù)轉錄組數(shù)據(jù)觀察基因表達水平。在陸地棉中總共鑒定出52個基因,并利用qRT-PCR驗證轉錄組數(shù)據(jù)真實性。為了進一步篩選能夠促進纖維伸長的物質,分別將不同的果膠前體核甘糖物質施加到胚珠培養(yǎng)基中,結果發(fā)現(xiàn)UDP-葡萄糖醛酸（UDP-α-D glucuronic acid,UDP-Gl... 

【文章來源】：中國農業(yè)科學院北京市

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【學位級別】：碩士

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果膠（UDP-GalA）的生物合成途徑和不同亞組基因表達數(shù)目

中國農業(yè)科學院碩士學位論文第二章陸地棉果膠合成途徑的鑒定20與UDP-Glc可以促進GhUGD與GhGAE基因的表達（圖2-3，C）。此外，施加另外三種果膠果膠前體核甘糖（GalA，GlcA和肌醇）時，對胚珠生長無明顯影響（圖2-3，A，c）。圖2-3向胚珠添加膠前體后的表型變化A，施用不同濃度的果膠前體對纖維生長發(fā)育的影響；（a）UDP-GlcA對纖維團生長的影響。（b）UDP-Glc對纖維發(fā)育的影響。（c）D-Gal，D-Glc和肌醇對纖維發(fā)育的影響。B，在不同濃度下纖維團的面積變化。C，通過qRT-PCR分析，用UDP-Glc處理后，7DPA時胚珠的基因表達水平。Fig2-3PhenotypicchangesafteraddiingpectinprecursorstoovulecultureA,Theeffectofpectinprecursorswiththedifferentconcentrationsonthegrowthareaofthefibermass.(a)TheeffectofUDP-GlcAonthegrowthareaofthefibermass.(b)TheeffectofUDP-Glcontheareaofthefibercluster.(c)EffectsofD-Gal,D-Glc,andInositolonfibermassgrowth.B,changesintheareaofthefibermassatthedifferentconcentrations.C,Changesingeneexpressionlevelsofovulesat7DPAaftertreatmentwithUDP-GlcbyqRT-PCR.2.6.3轉錄組分析利用陸地棉TM-1（G.hirsutum）（ZHANGetal.,2015）轉錄組數(shù)據(jù)，分析了六個相關基因家族的基因表達模式。在陸地棉中GhGalAK、GhUSP、GhUGD、GhMIOX、GhGlcAK和GhGAE家族的基因表達數(shù)分別為2、2、10、7、2和12，基因表達率為100％（2/2）、33.3％（2/6）、83.3％（10/12）、63.6％（7/11）、100％（2/2）和63.2％（12/19）（表2-15，圖2-5）。轉錄組測序結果表明，同一基因家族內旁系同源物的FPKM值差異明顯，它們的表達水平差異也比較明顯。例如，莖中GhUGD8的平均FPKM值是GhUGD2的76.2倍，根中的GhMIOX1的平均FP

中國農業(yè)科學院碩士學位論文第二章陸地棉果膠合成途徑的鑒定21利用本課題陸地棉品種0-153和sGK9708的轉錄組數(shù)據(jù)對該基因家族的基因進一步驗證（ZHANGet.,2019），發(fā)現(xiàn)這些基因家族中表達的基因數(shù)量明顯減少（附錄A-1）。表達的MIOXs家族基因的數(shù)量從63.6％降低到27.3％，GalAKs從100％降低到50％，UGDs從83.3％降低到66.6％，GlcAKs從100％降低到50％、GAE從63.2%降低到31.6%（附錄A-1，A-2，圖2-4，B）。盡管表達的基因數(shù)目減少，但是基因表達的趨勢是一致的。例如，GhGalAK2在纖維發(fā)育的15DPA和20DPA表達，GhMIOX2和GhMIOX6在纖維發(fā)育5DPA和10DPA表達，而GhUGD3、GhUGD5、GhUGD8、GhUGD10、GhGAE2和GhGAE7在纖維中也有較高的表達。這些結果表明這些基因可能在纖維發(fā)育中起作用。為了驗證轉錄組分析的準確性，對選自UDP-GalA合成途徑的基因進行了qRT-PCR驗證。qRT-PCR分析中引物列于表2-8中。結果表明GhMIOX5、GhGlcAK2、GhUGD3、GhUGD5、GhUGD8、GhUGD10和GhGAE7在纖維中表達（圖2-5），表明轉錄數(shù)據(jù)可重現(xiàn)且可靠。使用這兩種方法，結果顯示大多數(shù)基因顯示相似的表達模式。圖2-4不同品種間基因表達模式A、陸地棉果膠合成過程中每個基因家族成員的表達模式。顯示了棉纖維中不同組織間基因表達水平的熱圖（在每個泳道的底部指示）。（a）GalAK和USP基因表達水平的熱圖。（b）MIOX和GlcAK基因表達水平的熱圖。（c）UGD和GAE基因表達水平的熱圖。表達水平使用log2（FPKM+1）方法進行均一化。B、比較兩個陸地棉品種（S：0-153和R：sGK9708）的果膠合成中的基因熱圖。棉花纖維中基因表達水平的熱圖顯示在5、10、15、20、25和30d纖維處（在每個泳道的底部指示）。（a）、（b）和（c）分別代表D-半乳糖途徑，肌醇途徑和UDP-葡萄糖途徑


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