發(fā)布時間：2017-09-28 13:13

  本文關鍵詞：Bradyrhizobium diazoefficiens 4534和4222菌株選擇性結瘤的分子生物學機理比較研究

  更多相關文章： 大豆根瘤菌 選擇性結瘤 結瘤能力 基因組學 蛋白質組學 轉錄組學

【摘要】：根瘤菌選擇性結瘤的分子機理是長期關注的熱點,也是制約根瘤菌發(fā)揮固氮應用潛能的關鍵所在。多年的研究使我們初步掌握了根瘤菌選擇性結瘤的基本過程及其影響因子,并獲得了多個與根瘤菌共生、固氮和選擇性結瘤相關的基因。但是對根瘤菌株基因之間的相互聯系、菌株基因的遺傳、調控和表達差異以及基因與宿主的相互作用等方面缺乏全面系統(tǒng)的了解。本研究以與大豆品種中黃13存在結瘤能力顯著差異的Bradyrhizobium diazoefficiens的兩株菌為材料,在比較基因組學的基礎上,采用比較蛋白質組學和轉錄組學方法進行了大豆根系分泌物處理下的蛋白表達和基因表達差異分析,以進一步揭示根瘤菌的選擇性結瘤機理及其主要影響因子。本研究取得主要結果如下：1.本研究設計并改進了一種高效促進大豆結瘤的大豆根系分泌物的制備方法。根瘤菌誘導試驗的難點之一就是如何獲得有效的大豆根際分泌誘導物,這是保證后續(xù)研究結果準確、可靠的關鍵因素。經過反復試驗設計、改進并最終獲得了一種高效促進大豆結瘤的大豆根系分泌物的制備方法,提高了分泌物的收集提取效率。應用上述所建立的技術方法成功收集了中黃13的根系分泌物,經其誘導后菌株的蛋白質組和轉錄組分析結果證明,所建立根系分泌物制備可行高效。2.完成了B. diazoefficiens 4534和B. diazoefficiens 4222基因組測序,初步了解了它們的基因組特性�；蚪M分析表明它們均由一個單復制子構成,染色體上各含有三個核糖體操縱子,G+C含量分別為65.0%和64.9%,基因的平均長度分別為903 bp和901 bp,分別預測出8072個和8233個ORF；但兩基因組中均有近一半未知功能的ORF,為系統(tǒng)分析根瘤菌基因信息帶了一定困難：分析發(fā)現兩菌株間在直系統(tǒng)同源基因上有大量差異,這可能與結瘤差異等過程相關。3.首次從比較基因組層面較深入系統(tǒng)揭示了大豆根瘤菌B. diazoefficiens 4534B.diazoefficiens 4222選擇性結瘤能力差異的可能分子差別。比較分析基因組發(fā)現這兩菌株間存在大量差異直系統(tǒng)同源基因,顯示它們選擇性結瘤能力差異的可能分子差別,主要涉及脯氨酸代謝、甘露醇、磷酸鹽和鉬轉運蛋白、群集效應和IAA謝等過程。這可能是含有更多功能基因的B.diazoefficiens 4534菌株具有更高的選擇性結瘤能力的潛在原因。4.較全面開展了大豆根瘤菌B. diazoefficiens 4534和5. diazoefficiens 4222選擇性結瘤分子機理的蛋白質組學分析,結果表明：在大豆根系分泌物的處理下,菌株4534有65個差異表達蛋白,菌株4222有29個差異表達蛋白。與菌株4222相比,菌株4534產生更多種類和數量上的差異蛋白；差異蛋白的分析推斷,可能是S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、PhyR-σEcfG調節(jié)子、ABC轉運蛋白、鞭毛蛋白、分子伴侶、與氧化還原狀態(tài)維持相關的蛋以及一些未知蛋白使得B.diazoefficiens4534具有更高的選擇性結瘤能力；大豆根系分泌物的作用不僅局限于對大豆根瘤菌結瘤基因表達的誘導,還與新陳代謝和環(huán)境適應相關的蛋白／酶的表達正相關。5.完成了B. diazoefficiens 4534和5. diazoefficiens 4222轉錄組分析,結果表明：在根系分泌物的誘導下菌株4534有457個顯著差異表達基因,其中上調基因253個,下調基因204個。而菌株4222只有293個顯著差異表達基因,其中上調基因108個,下調基因185個；兩菌株差異表達基因的GO功能富集分類、代謝途徑分析和KEGG富集分析結果顯示,在根系分泌物的誘導下,菌株4534中與鞭毛合成、信號刺激和趨性相關的基因表達差異顯著,菌株4222中只有與鞭毛合成相關的基因表達差異顯著。
【關鍵詞】：大豆根瘤菌 選擇性結瘤 結瘤能力 基因組學 蛋白質組學 轉錄組學
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q939.114
【目錄】：

• 附件5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 英文縮略表16-17
• 第一章 緒論17-35
• 1.1 根瘤菌選擇性結瘤的意義17
• 1.2 根瘤菌選擇性結瘤的分子基礎17-22
• 1.2.1 選擇性結瘤的概念17-18
• 1.2.2 選擇性結瘤的過程18-19
• 1.2.3 結瘤信號的感知19-22
• 1.2.4 根瘤菌結瘤誘導物質的研究22
• 1.3 根瘤菌選擇性結瘤的影響因素研究進展22-25
• 1.3.1 根瘤菌基因型對選擇性結瘤能力的影響23-25
• 1.3.2 植物基因型對根瘤菌競爭結瘤能力的影響25
• 1.3.3 環(huán)境因素25
• 1.4 根瘤菌基因組學、蛋白質組學和轉錄組學研究進展25-32
• 1.4.1 根瘤菌基因組學研究進展26-28
• 1.4.2 根瘤菌蛋白質組學研究進展28-30
• 1.4.3 根瘤菌轉錄組學研究進展30-32
• 1.5 選題目的和意義32-34
• 1.6 本研究的技術路線34-35
• 第二章 Bradyrhizobium diazoefficiens選擇性結瘤驗證及有效根系分泌物提取35-47
• 2.1 材料與方法35-39
• 2.1.1 試驗材料35
• 2.1.2 儀器與試劑35-36
• 2.1.3 大豆根瘤菌驗證試驗36-37
• 2.1.4 菌株的分離、純化和保存37
• 2.1.5 總DNA的提取37
• 2.1.6 BOX-PCR37-38
• 2.1.7 大豆根系分泌物的收集38
• 2.1.8 大豆根系分泌物有效性評價38-39
• 2.2 結果與分析39-46
• 2.2.1 大豆根瘤菌株驗證試驗39-40
• 2.2.2 總DNA的提取40-41
• 2.2.3 BOX-PCR結果41
• 2.2.4 大豆根系分泌物收集裝置41-42
• 2.2.5 nod基因的誘導42-46
• 2.3 討論46-47
• 第三章 Bradyrhizobium diazoefficiens選擇性結瘤分子機理的比較基因組學分析47-62
• 3.1 試驗材料和方法47-49
• 3.1.1 菌株47
• 3.1.2 基因組DNA的提取47
• 3.1.3 根瘤菌基因組序列的測定47-48
• 3.1.4 基因組的注釋與分析48-49
• 3.2 結果和分析49-61
• 3.2.1 基因組組裝49
• 3.2.2 原始數據質控49-51
• 3.2.3 基因組組裝結果51-52
• 3.2.4 基因組預測結果52-53
• 3.2.5 RNA的預測與分析53-54
• 3.2.6 基因功能注釋與比較54-57
• 3.2.7 基因組系統(tǒng)發(fā)育分析57-58
• 3.2.8 直系同源分析58-59
• 3.2.9 兩根瘤菌基因組差異分析59-61
• 3.3 討論61-62
• 第四章 Bradyrhizobium diazoefficiens選擇性結瘤分子機理的蛋白質組學分析62-77
• 4.1 試驗材料62
• 4.2 試驗方法62-67
• 4.2.1 主要儀器設備62-63
• 4.2.2 主要試劑及配制63-65
• 4.2.3 根瘤菌生長曲線的測定65
• 4.2.4 根系分泌物對根瘤菌的誘導65-66
• 4.2.5 根瘤菌蛋白的提取66
• 4.2.6 蛋白質雙向電泳和染色66
• 4.2.7 蛋白質凝膠圖像分析66
• 4.2.8 差異蛋白的質譜分析和鑒定66-67
• 4.3 結果與分析67-75
• 4.3.1 根瘤菌生長曲線測定67
• 4.3.2 根瘤菌蛋白質表達圖譜分析67-70
• 4.3.3 大豆根系分泌物誘導的根瘤菌差異蛋白的質譜鑒定70-73
• 4.3.4 兩根瘤菌經大豆根系分泌物誘導后差異蛋白的比較73-75
• 4.4 討論75-77
• 第五章 Bradyrhizobium diazoefficiens選擇性結瘤分子機理的轉錄組學分析77-94
• 5.1 試驗材料77
• 5.2 試驗方法77-79
• 5.2.1 大豆根系分泌物的收集77
• 5.2.2 菌體的培養(yǎng)和誘導77
• 5.2.3 總RNA的提取77
• 5.2.4 RNA質量檢測77
• 5.2.5 轉錄組文庫的構建和測序77-78
• 5.2.6 與測序基因組比對78
• 5.2.7 轉錄組表達差異分析78
• 5.2.8 基因組的注釋與分析78-79
• 5.3 結果和分析79-92
• 5.3.1 根系分泌物對根瘤菌的誘導79
• 5.3.2 根瘤菌RNA的提取79-80
• 5.3.3 轉錄組數據質控80-81
• 5.3.4 與基因組數據比對81
• 5.3.5 根瘤菌表達差異分析81-82
• 5.3.6 差異基因表達模式聚類82-83
• 5.3.7 差異基因功能注釋與比較83-88
• 5.3.8 兩根瘤菌基因表達差異分析88-92
• 5.4 討論92-94
• 第六章 全文結論和展望94-97
• 6.1 全文結論94-95
• 6.2 展望95-97
• 參考文獻97-113
• 致謝113-114
• 作者簡歷114

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 肖文麗;關大偉;李俊;曹鳳明;陳慧君;;采用gfp和rfp基因標記評價大豆根瘤菌競爭結瘤能力[J];大豆科學;2010年03期

2 ;Analysis of Two Bradyrhizobium japonicum Strains with Different Symbiotic Matching for Nodulation by Primary Proteomic[J];Journal of Integrative Agriculture;2012年08期

，

本文編號：936028