本文關(guān)鍵詞：植物淀粉合成酶基因的復(fù)制和功能分化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：淀粉是植物光合作用的產(chǎn)物,主要貯藏于作物籽粒里,是人類膳食和動(dòng)物飼料的重要能量來(lái)源,同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于造紙、制藥等行業(yè),是重要的工業(yè)原料。目前植物淀粉的生物合成過(guò)程已基本清楚,涉及的關(guān)鍵酶及其編碼基因已在遺傳和生化方面開(kāi)展了大量研究,明確了其生理功能。為深入研究植物淀粉合成代謝的分子機(jī)制,揭示不同進(jìn)化等級(jí)植物具有不同淀粉合成能力的可能分子進(jìn)化基礎(chǔ),本研究以植物淀粉生物合成代謝網(wǎng)絡(luò)中的淀粉合成酶基因家族為研究對(duì)象,結(jié)合分子生物學(xué)和生物信息學(xué)方法,分離鑒定了植物淀粉合成酶家族的新基因,淀粉合成酶V (SSV),還選取了在不同進(jìn)化等級(jí)上具有代表性的,且全基因組序列已被測(cè)定的植物為材料,解析淀粉合成酶家族基因的復(fù)制方式、不同亞家族的序列變化,及其進(jìn)化選擇壓力與功能分化。主要的研究結(jié)果如下：1.在玉米自交系18-599中,克隆了ZmSSV的全長(zhǎng)CDS (GenBankaccession number: KP192927);并以ZmSSV的CDS序列為查詢序列,用BLASTn程序搜索高粱基因組序列,鑒定并克隆了SbSSV的全長(zhǎng)CDS (GenBank accession number:KP 192926)。此外,還通過(guò)基因組搜索等,鑒定了藻類、苔蘚、卷柏和一些雙、單子葉植物的SSV。推導(dǎo)的SSV蛋白均具有植物淀粉合成酶家族特有的保守結(jié)構(gòu)域,系統(tǒng)進(jìn)化分析表明SSV與已知的SSIV親緣關(guān)系最近,由一個(gè)祖先基因復(fù)制產(chǎn)生。因此推測(cè)本研究鑒定的SSV為植物淀粉合成酶家族的新亞型。2.采用Real-Time PCR分析了ZmSSV和SbSSV的表達(dá)特性。結(jié)果表明,ZmSSV主要在葉片和灌漿期的籽粒里表達(dá),隨著籽粒灌漿的推進(jìn),其表達(dá)逐漸增強(qiáng),授粉后15天的籽粒表達(dá)量高于10天。SbSSV在葉片中的表達(dá)量遠(yuǎn)高于根和莖,且該基因在葉片中的表達(dá)受光誘導(dǎo),具有晝夜節(jié)律特性。因此SSV的表達(dá)特性與其他淀粉合成酶類似,推測(cè)該基因可能在淀粉合成過(guò)程中起著重要作用。3.以單子葉、雙子葉、蕨類,苔蘚和藻類等的代表性植物為對(duì)象,深入分析系SS基因家族的分子進(jìn)化特征,發(fā)現(xiàn)SS包含兩類不同進(jìn)化起源的基因,分為6個(gè)亞家族。一類為GBSS、SSISSII,另一類為SSⅢ、SSIV和SSV。這些亞家族存在于從藻類到單子葉的所有植物中,是祖先基因在植物形成早期經(jīng)基因復(fù)制產(chǎn)生的,在后續(xù)進(jìn)化中發(fā)生了功能分化。4.SS各個(gè)亞家族基因,在不同植物中發(fā)生的復(fù)制次數(shù)和丟失情況不同,導(dǎo)致這些基因在不同植物里的拷貝數(shù)不同。總體來(lái)說(shuō),高等植物,尤其在禾本科作物里,基因復(fù)制次數(shù)多,拷貝數(shù)增多。復(fù)制基因功能分化后,產(chǎn)生了作物胚乳淀粉合成代謝途徑,可以大量、高效地合成具有不同結(jié)構(gòu)的貯藏淀粉。分析結(jié)果還顯示,植物SS的復(fù)制方式主要是染色體大片段復(fù)制或全基因組復(fù)制。5.SS家族的基因結(jié)構(gòu)相對(duì)保守,總體來(lái)說(shuō),高等植物的外顯子和內(nèi)含子數(shù)量多于低等植物,基因結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,推測(cè)這些基因在高等植物里,可能存在基于內(nèi)含子的更復(fù)雜和精細(xì)的表達(dá)調(diào)控。6.SS家族C-端高度保守,包含GT-5和GT-1兩個(gè)特征結(jié)構(gòu)域。各亞家族的N端序列差異大,每個(gè)亞家族都具有其特異的保守基序,推測(cè)這些基序可能與酶的底物特異性相關(guān)。此外,分析每個(gè)亞家族內(nèi)部,不同進(jìn)化等級(jí)植物的SS蛋白間也存在差異基序,推測(cè)這些基序可能與淀粉合成量和合成能力相關(guān)。7.SS基因復(fù)制后,部分氨基酸位點(diǎn)受到正選擇,導(dǎo)致不同氨基酸位點(diǎn)進(jìn)化速率的改變,促使復(fù)制基因產(chǎn)生功能分化。但95%以上的位點(diǎn)仍主要受中性選擇和純化選擇,表明SS基因在進(jìn)化過(guò)程中相對(duì)保守。不同進(jìn)化等級(jí)的植物合成淀粉的類型,質(zhì)量,結(jié)構(gòu)和用途有差異,可能的分子進(jìn)化機(jī)制是在高等植物中,尤其是在禾本科植物中,SS基因發(fā)生了特定的復(fù)制,并在隨后的進(jìn)化中保留下來(lái),形成了胚乳淀粉代謝途徑,具有了精細(xì)的表達(dá)調(diào)控,同時(shí)形成了特定的保守結(jié)構(gòu)域,且其部分氨基酸位點(diǎn)受到正選擇,從而促進(jìn)了高等植物高效合成淀粉的能力。
【關(guān)鍵詞】：淀粉合成酶 SSV 基因復(fù)制 功能分化 正選擇
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 縮寫(xiě)表9-12
• 1 文獻(xiàn)綜述12-24
• 1.1 淀粉生物合成12-19
• 1.1.1 淀粉的基本結(jié)構(gòu)12-13
• 1.1.2 淀粉生物合成相關(guān)的酶13-19
• 1.1.2.1 ADP-葡萄糖焦磷酸化梅(ADP-Glc pyrophosphorylase,AGPase)15-16
• 1.1.2.2 淀粉合成酶(starch synthase,SS)16-17
• 1.1.2.3 淀粉分支酶(starch branching enzyme,SBE)17-18
• 1.1.2.4 淀粉去分支酶(de-branching enzyme,DBE)18-19
• 1.1.2.5 淀粉磷酸化酶(Starch phosphorylase,SP)19
• 1.2 基因復(fù)制機(jī)制與功能分化19-23
• 1.2.1 基因復(fù)制的機(jī)制20-21
• 1.2.1.1 串聯(lián)復(fù)制(tandem duplication)20
• 1.2.1.2 片段復(fù)制(Segment duplication)20
• 1.2.1.3 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座(Retrotransposition)20-21
• 1.2.1.4 全基因組復(fù)制(Whole genome duplication)21
• 1.2.2 復(fù)制基因的分化命運(yùn)21-23
• 1.2.2.1 無(wú)功能化(Nonfunctionalization)22
• 1.2.2.2 新功能化(Neofunctionalization)22
• 1.2.2.3 亞功能化(Subfunctionalization)22-23
• 1.3 基因進(jìn)化選擇與功能分化的研究方法23-24
• 1.4 淀粉合成酶基因的倍增及進(jìn)化研究進(jìn)展24
• 2 本研究的目的和意義24-25
• 3 材料與方法25-32
• 3.1 淀粉合成酶V新基因的鑒定25-29
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料25-26
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑26
• 3.1.3 總RNA的提取26-27
• 3.1.4 cDNA第一鏈的合成27
• 3.1.5 RT-PCR擴(kuò)增ZmSSV和SbSSV基因27-28
• 3.1.6 Real-Time PCR分析SSV的表達(dá)特性28-29
• 3.2 SS基因家族的分子進(jìn)化分析29-32
• 3.2.1 序列收集29-30
• 3.2.2 系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建30
• 3.2.3 基因結(jié)構(gòu)分析30
• 3.2.4 蛋白結(jié)構(gòu)域與保守基序分析30-31
• 3.2.5 進(jìn)化選擇壓力分析31-32
• 3.2.6 功能分化分析32
• 4 結(jié)果與分析32-48
• 4.1 SSV新基因的鑒定32-39
• 4.1.1 總RNA的提取32-33
• 4.1.2 RT-PCR擴(kuò)增SSV全長(zhǎng)CDS33-36
• 4.1.3 SSV的表達(dá)分析36-39
• 4.1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立36-37
• 4.1.3.2 SSV基因時(shí)空特異性表達(dá)37-39
• 4.2 淀粉合成酶基因家族的分子進(jìn)化分析39-48
• 4.2.1 序列收集39
• 4.2.2 系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建39-41
• 4.2.3 SS家族的結(jié)構(gòu)41-43
• 4.2.4 SS基因蛋白結(jié)構(gòu)域和保守基序分析43-46
• 4.2.5 SS基因的進(jìn)化選擇壓力分析46-48
• 4.2.6 基因的功能分化分析48
• 5 討論48-53
• 5.1 RNA提取48-49
• 5.2 SSV基因的時(shí)空表達(dá)特性49-50
• 5.3 SS基因家族的起源和進(jìn)化50-51
• 5.4 SS基因家族的保守基序51-52
• 5.5 SS基因家族的復(fù)制及功能分化機(jī)制52-53
• 6 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-63
• 致謝63-64
• 發(fā)表文章情況64-65
• 附錄65-77

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 梁厚果;王保民;呂忠庶;;矮壯素對(duì)小麥灌漿期中~(14)C-同化產(chǎn)物的分配及對(duì)淀粉合成酶活性的影響[J];Journal of Integrative Plant Biology;1977年01期

2 王穎;張金文;王蒂;李洲;;馬鈴薯淀粉合成酶融合基因植物表達(dá)載體構(gòu)建[J];西北植物學(xué)報(bào);2007年11期

3 楊建昌,彭少兵,顧世梁,R.M.Visperas;水稻灌漿期籽粒中3個(gè)與淀粉合成有關(guān)的酶活性變化[J];作物學(xué)報(bào);2001年02期

4 鄒弈星;潘志芬;鄧光兵;龍海;余懋群;;谷物籽粒淀粉研究進(jìn)展[J];西北植物學(xué)報(bào);2007年10期

5 YoshiokaH.;方金豹;;蘋(píng)果樹(shù)體內(nèi)碳水化合物代謝的年變化[J];國(guó)外農(nóng)學(xué)(果樹(shù));1989年02期

6 ;[J];;年期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 宋健民;李豪圣;戴雙;劉愛(ài)峰;劉建軍;趙振東;;小麥淀粉合成酶研究進(jìn)展[A];中國(guó)作物學(xué)會(huì)2007年全國(guó)作物遺傳育種學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

2 劉玉匯;張俊蓮;王蒂;;馬鈴薯等主要農(nóng)作物淀粉合成酶的研究進(jìn)展[A];中國(guó)作物學(xué)會(huì)馬鈴薯專業(yè)委員會(huì)2008年馬鈴薯大會(huì)論文集[C];2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 曹穎妮;小麥籽粒灌漿期淀粉合成酶學(xué)機(jī)制及基因表達(dá)模式的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 于桂玲;植物淀粉合成酶基因的復(fù)制和功能分化研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 劉光快;蛋白二硫鍵異構(gòu)酶和淀粉合成酶基因沉默對(duì)水稻耐熱及結(jié)實(shí)特性的影響[D];浙江大學(xué);2013年

3 李曉兵;玉米淀粉合成酶基因家族時(shí)空表達(dá)分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

4 胡亞平;小麥淀粉合成酶突變體的篩選及Wx突變體分子機(jī)制的研究[D];河北師范大學(xué);2008年

5 明東風(fēng);氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻開(kāi)花后生長(zhǎng)代謝規(guī)律及品質(zhì)影響的研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2002年

  本文關(guān)鍵詞：植物淀粉合成酶基因的復(fù)制和功能分化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：367572