柑橘CAMTA基因家族的鉴定与功能的初步研究

论文摘要

柑橘是重要的经济型水果作物之一,在全世界范围内广泛种植。我国柑橘栽培历史悠久,种类繁多,是世界柑橘生产与消费大国。在南方地区柑橘产业已成为农民增收致富的支柱产业,对于当地经济有着重要的推动作用。近年来,我国柑橘产业虽然取得了巨大的发展,但各种生物和非生物逆境严重影响其产量与品质。因此,培育抗逆性强的柑橘品种至关重要。然而,常规育种存在多种局限和困难,难以在短时间内获得良好的抗性品种。利用基因工程技术将一些重要的抗性基因转入柑橘是获得抗性品种最为高效和快捷的途径。这就要求深入挖掘和利用柑橘抗性相关功能基因。CAMTA（calmodulin-binding transcription activator）转录因子是一类钙调素结合蛋白,广泛存在于多细胞真核生物中,在植物逆境胁迫应答过程中发挥着十分重要的作用。然而,在柑橘中迄今未见有对这个家族的系统报道。本文基于克里曼丁和甜橙基因组（http://www.phytozome.net）,首次对柑橘CAMTA成员进行了系统鉴定,分析了各成员的基因结构、系统进化关系及其在不同组织和逆境处理下的表达模式等。构建CitCAMTA8和CitCAMTA9过量表达载体,转化烟草,对其抗逆生物功能做了初步研究。实验结果如下:（1）以拟南芥CAMTA为参考序列,基于柑橘全基因组数据库,共鉴定出9个柑橘CAMTAs家族成员,分别命名为CitCAMTA1-9。对所有成员理化性质研究表明大多数成员的理化性质是较为相似的。除了CAMTA6、9外,其它成员均为不稳定性蛋白;CAMTA1、2、5为酸性蛋白,其余都为碱性蛋白;除了CAMTA4,所有的成员都是亲水性蛋白。保守结构域分析显示:所有CitCAMTA成员都具有该家族典型的保守结构域CaMBD,多数成员还拥有其它保守结构域,如CG-1、TIG、ANK和IQ基序。（2）多数柑橘CAMTA成员与其它植物CAMTA成员聚类在一起,位于不同分支之中,表明该基因家族在植物进化过程中其功能较保守。然而,CitCAMTA7、8和9形成独立的一个分支,说明在柑橘进化过程中分离出了新的CAMTA成员,在柑橘生长发育和逆境响应中可能发挥着特定的作用。（3）组织特异性表达分析显示,CitCAMTA3在所有组织中都呈现高水平表达,特别是在子叶和种子中;CitCAMTA1主要在子叶和种子中表达;CitCAMTA8在果皮中的表达水平最高;CitCAMTA2、6、7和9主要在子叶或种子中表达,但表达水平较低;CitCAMTA4在所有组织中均不表达。上述结果体现了CitCAMTA成员之间组织特异性表达的差异,意味着该基因家族成员在柑橘不同组织中发挥着重要作用。（4）在非生物胁迫（NaCl和脱水）和激素（SA、ETH、IAA、6-BA、ABA、MeJA和GA3）处理下发现,除CitCAMTA4外,其它CitCAMTA成员均可受一种或多种处理的诱导,表明CitCAMTAs在柑橘逆境响应和生长发育中发挥着重要作用。在盐胁迫下,CitCAMTA1、5和9的表达量显著上调;CitCAMTA7呈现先上升后下降的表达趋势;CitCAMTA3的表达量受到显著抑制;CitCAMTA2和8的变化趋势不明显。在脱水胁迫下,CitCAMTA5、6和8的表达量略微下降,然而CitCAMTA3和9的表达量均显著上调,且都在12 h达到峰值;脱水处理略微增加CitCAMTA2的表达水平,却并没有明显改变CitCAMTA1的表达水平;CitCAMTA7的表达水平极低,几乎难以检测到。CitCAMTA1、5和7对所有激素的处理均表现为表达上调的趋势,与之相反,CitCAMTA3呈现出下调的趋势;CitCAMTA8在MeJA、ABA和ETH条件下表达量被抑制,在其它激素处理下均无明显规律性变化。进一步分析发现,在CitCAMTAs启动子中存在许多与逆境、激素以及光响应相关的顺式作用元件,如G-box,MBS和TCA元件。（5）将CitCAMTA8在烟草中过量表达,使转基因植株较野生型（WT）表现出更强的抗旱性。在干旱胁迫下,CitCAMTA8使转基因株系的脯氨酸含量明显高于WT植株,同时提高了抗逆相关基因（NtCAT、NtSOD和NtP5CR）的表达量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
•   1.1 CAMTA转录因子的结构特征
•   1.2 生物学功能
•     1.2.1 生物胁迫响应
•     1.2.2 非生物胁迫响应
•     1.2.3 CAMTA调节植物的生长发育
•     1.2.4 CAMTA在激素信号转导中的调节作用
•   1.3 植物CAMTA的遗传进化关系
• 第2章 引言
•   2.1 研究目的及意义
•   2.2 主要研究内容
•   2.3 研究目标
•   2.4 技术路线
• 第3章 柑橘CAMTA的鉴定与生物信息学分析
•   3.1 试验方法
•     3.1.1 CitCAMTA基因家族成员鉴定
•     3.1.2 CitCAMTA基因家族基本理化性质预测
•     3.1.3 CitCAMTA基因家族结构及亲缘关系分析
•     3.1.4 CitCAMTA基因家族顺式作用元件分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 CitCAMTA基因家族鉴定及结构分析
•     3.2.2 CitCAMTA基因家族遗传进化分析
•     3.2.3 CitCAMTA基因家族顺式作用元件分析
•   3.3 讨论与小结
• 第4章 CitCAMTA成员在不同组织、逆境胁迫和激素处理下的表达分析
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 实验材料与处理
•     4.1.2 主要实验仪器
•     4.1.3 RNA的提取
•     4.1.4 cDNA的合成
•     4.1.5 荧光实时定量PCR
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 CitCAMTA基因家族的组织特异性表达
•     4.2.2 CitCAMTA基因家族在盐害和干旱处理下的表达分析
•     4.2.3 CitCAMTA基因家族在不同激素处理下的表达分析
•   4.3 讨论与小结
• 第5章 抗旱生物功能验证
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 实验材料
•     5.1.2 主要试剂
•     5.1.3 主要仪器及激素配制
•     5.1.4 实验方法
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 CitCAMTA8和CitCAMTA9 过量表达载体的构建
•     5.2.2 转基因植株的鉴定
•     5.2.3 转基因植株抗旱性分析
•     5.2.4 脯氨酸测定
•     5.2.5 分子水平检测抗逆性基因的表达
•   5.3 讨论与小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 在校期间发表论文及参研课题
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张静

导师: 谢让金

关键词: 柑橘,转录因子,非生物胁迫,基因表达,基因家族

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,园艺

单位: 西南大学

分类号: Q943.2;S666

总页数: 77

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