39700字硕士毕业论文胡杨干旱反应转录机制及NF-YB基因表达谱
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：39700字
论点：干旱,基因,胁迫
论文概述：
通过相似性同源荡因搜索工具和蛋白预测工具，鉴别杨树基因组中的全部NF-YB基因，在克隆和核定位确定一胡杨的同源NF-YB基因的核转录因子和干旱响应基础上，结合与拟南芥同源基因的进化和
论文正文：
介绍
1.1。
干旱是威胁森林健康、破坏森林群落结构和组成并导致树木死亡的主要或直接环境压力因素(邦克和卡森，2005年；；Desprez-Loustau等人，2006年)，经常给农业和林业造成重大经济损失。当前的气候变化、环境恶化、土壤盐碱化和其他问题加剧了环境干旱的频率和严重性(van Mantgem等人，2009年；Ciais等人，2003年)，导致世界森林健康恶化，近年来森林树木死亡面积急剧增加(Saxe等人，2001年；Allen等人，2010年).在1997年和2008年期间，干旱及其引发的疾病和虫害等后续压力因素严重影响了北美从阿拉斯加到墨西哥的2000多万公顷森林，导致许多树木普遍死亡(艾伦等人)。，2010年)。严峻的形势迫使树木与环境胁迫相互作用的分子机制研究成为热点，以快速培育出适合未来干旱环境和林业生产应用的树木和森林。杨树是一种具有经济价值和生态功能的树种。它分布广泛，生长迅速，具有高度的遗传多样性。它的人口构成了世界上主要的阔叶种植园。也是我国最大面积阔叶人工林的经济和生态树种。它也是未来发展生物质能的主要森林生物材料(Kauter等人，2003年；Tuskan等人，2006年；扬松和道格拉斯，2007).然而，杨树品种的抗旱性普遍较弱。目前，绝大多数杨树品种，特别是人工林杨树品种的生长表现都不抗旱。它们只能在水或供水条件良好的地区迅速种植和生长，以实现经济目标和产生经济效益。因此，面对未来的干旱形势，改善和培育适合未来干旱形势的杨树品种，同时使其能够在非耕地和具有胁迫性立地条件的地区生长，是一项紧迫的科学任务。
胡杨是一种自然分布在半干旱地区的胡杨。它是唯一能在许多有害环境因素叠加的栖息地生长的树种(图1-1)。它具有耐盐性(奥托等人，2005年)和耐高温性(费雷拉金属)的生长特性。，2006年)。虽然胡杨木质部水分运输组织在缺水情况下容易出现非抗旱性栓塞的特征，但被归类为非抗旱杨树品种(Hukin等人，2005)？然而，胡杨是具有抗旱性还是耐旱性仍然是一个需要进一步理解的科学问题。胡杨生长在半干旱胁迫区，经常缺水或干旱强度不断变化。在长期的进化过程中，胡杨应该进化出一种比其他杨树品种更适合环境水分条件(如干旱)剧烈变化的自适应分子响应机制。然而，到目前为止，与对胡杨耐盐耐高温分子机制的理解相比，它具备了下一代测序技术(Guetal)下转录和表达的知识。，2001年；邱易尔。胡杨唯一的基因芯片分析结果(Brosche等人，2005)远未揭示胡杨进化中干旱适应性的分子机制。因此，根据研究团队研究任务的需要，本文的研究工作借助当前主流生物芯片技术、实时定量聚合酶链反应分析技术和分子克隆技术，在基因组水平上开展了胡杨应对干旱的基因转录和表达变化的研究， 以期在了解所有转录组表达水平随干旱变化的基因的基础上，揭示胡杨对干旱的基因表达特征，为解释和认识胡杨在半干旱地区干旱胁迫环境下的适应性分子机制奠定基础，为胡杨的遗传改良提供新的知识和可用的抗旱基因资源。 同时，探讨了新发现的核转录因子Y亚基家族基因在胡杨干旱反应中参与植物干旱反应的意义。选题具有科学、社会和经济意义。
1.2。植物干旱响应基因转录组特征
干旱胁迫下适应环境的生理、生化和分子水平的变化。植物的生理反应包括气孔导度、光合能力、发育阶段调节、根系深度、光合途径、渗透调节(膨压下降、细胞液组成)、膜组成变化(膜液性质变化)、抗氧化防御和相关应激功能蛋白的积累。这些生理特征随着植物本身和环境的发展阶段而变化。在细胞生物化学和次生代谢物水平上，蛋白质和蛋白质、蛋白质和脂质、蛋白质和核酸相互作用并积累具有渗透调节能力的物质以提高抗旱性(Vallivodan和Nguven，2006)。这些抗旱生理生化变化的分子机制及其表达和调节途径正从组织学和生物系统学的角度得到深入理解(Moore等人，2009)。以下是从最近转录组学研究中获得的植物干旱响应基因表达谱的描述，以及通过组织学对生物芯片技术和数据分析工具在本文研究中的应用的理解。
2。胡杨长期干旱转录组在基因组水平的表达特征
本章通过建立胡杨干旱过程，对胡杨的土壤水分、叶水势、气孔导度和叶含水量进行了研究，干旱过程通过控水7周逐渐形成并加强。利用Affymetrix基因组生物芯片分析不同干旱条件下胡杨应答转录组的基因表达特征，探讨胡杨半干旱地区适应性生长的分子机制。基因芯片表达结果分析表明，胡杨具有应对不同干旱强度的分子调控能力和机制。
2.1。材料和方法
2.1.1。胡杨的物质来源和生长条件
从新疆采集胡杨个体种子，在当地苗圃培育。第二年春天初和三月底，它被转移到北京林业大学的苗圃，并被移植到一个5升的塑料碗里。耕作的土壤是沙子、泥炭和轻石(1:1:1，体积比)。恢复生长5周后，选择生长势和高度相近的胡杨幼苗进行水分胁迫处理。在实验过程中，生长条件的光周期、湿度和温度随自然天气而变化。
2.1。2.干旱胁迫试验和生理参数
水分胁迫处理设置为4组，每盆日蒸发量的70%、50%、20%和5%返回。每天6-7点定期绕过水分，根据上述回水量，将4组处理依次标记为干旱组1(第1组)、干旱组2(第2组)、干旱组3(第3组)和干旱组4(第4组)，处理持续时间为7周。此时，干旱组4中的胡杨具有非常典型的明显严重缺水症状。对照组(方案0)用100%再生水处理。在开始压力处理之前，每个碗应每天用足够的水包裹(称重)。在100%补水量恢复到干旱处理前每天的前一重量之前，通过记录每盆前一天连续10天的蒸发量来确定每盆的日蒸发量，并将每盆的平均日蒸发量确定为胡杨的日蒸发量。在10天内，每天7点前通过补水来保持每个碗的重量不变。在7周的治疗期间，每天7点前称重，并缠绕相应的回水体积，直至取样实验结束。每组用3盆处理，每盆含有4-6株胡杨幼苗，其中一株被指定为平行对照，以测定被处理的胡杨的干旱胁迫生理参数，并测定植株的叶片相对含水量(RWC)和叶片水势。塑料碗放在顶部有防雨塑料的开口棚里，随机放置4组经过处理的碗。
3。杨树NF-YB家族基因及其同源物的鉴定……44[/比尔/] 3.1。材料和方法.........44[/比尔/] 3.2结果.........45
3.2.1。杨树基因组中的NF-YB基因.........46[/比尔/] 3.2.2。杨树与拟南芥NF-YB基因的系统发育关系.........48[/比尔/] 3.2.3。胡杨叶片早干的彭福-YB基因.........5[/比尔/] 3.3。结论和讨论.........53[/比尔/] 3.3.1。新疆杨的结构与进化.........53[/比尔/] 3.3.2。杨树NF-YB基因的功能.........5[/比尔/] 44。胡杨核转录因子PeNF-YB7基因的克隆.........56[/比尔/] 4.1。材料和方法.........56 [/BR/] 4.1.1。胡杨原料来源及生长条件.........56 [/BR/] 4.1.2胡杨/VF-KS7基因全长克隆及序列分析.........56 [/BR/] 4.1.3。PERF-YB7的批准位置.........57 [/BR/] 4.1.4。PENN-YB7对干旱和早期胁迫的响应.........57[/比尔/] 4.2。结果.........58
4.2.1。胡昶PeNF-YB7基因全长克隆.........58
4.2.2。penf-yb7的核定位.........59
4.2.3。penf-yb7干细胞早期反应的表达.........60
4.3。结论和讨论.........61
4.3.1。PENF-YB7是NF-YB亚单位家族的成员.........61 [/BR/] 4.3.2。PENF-YB7参与胡杨对水分渗透胁迫的响应.........62[/比尔/] 5。研究结论与展望.........63[/比尔/] 5.1结论.........63 [/BR/] 5.2前景.........65
结论
(1)气孔导度、土壤含水量和叶露点水势的变化差异清楚地表明，根据7周内土壤水分日蒸发的不同比例，胡杨成功地诱导遭受4种不同水平的干旱胁迫，干旱胁迫水平与供水量的减少成正比。这种干旱处理设置方法在本实验中首次使用。
(2)在本试验干旱组中，胡杨动员1-5%的基因转录水平对1-4株同级树木的干旱胁迫做出反应。表达随干旱强度而变化的基因数量增加。差异基因表达水平变化的最高倍数也基本上与干旱强度成正比，但在高强度干旱之间，最高倍数接近，从干旱组1到干旱组4上调表达的最高变化分别为3.8、4.9、6.2和5.7倍(log2倍数，即实际倍数为13.9、29.9、73.5和52)，下调的最大变化为4.9、-8.5、-9.0至-9.0倍(log2倍数，即实际倍数为13.9、29.9、73.5和52倍)分别有230、307和5个差异表达基因对干旱水平特异性做出反应。和879(图2-8，表2-2)。基因组水平的基因表达变化首次表明胡杨具有调节和适应不同干旱的能力，干旱转录表达谱因干旱水平的变化而变化。这一结果增加了对杨树属干旱胁迫转录表达谱多样性的理解。
(3)干旱期间胡杨降低PSI和PSII相关光合作用基因的表达活性，受表达抑制的基因数量随着干旱程度的增加而大幅增加(表2-4)；对提高各种渗透代谢途径的各种关键酶基因的表达水平有反应，如α-淀粉酶(AMY2)、淀粉支链淀粉酶(SBE2)。1)、鹿糖合成酶(SU3)、肌醇-1-磷酸合成酶2 (MIPS2)、肌醇-5-磷酸酶和肌醇半乳糖苷合酶(AtGolS2)(附表3-糖代谢)，并响应干旱水平的增加激活更多类型的渗透合成关键酶基因的表达(表2-4)；据推测，胡杨主要通过硫氧还蛋白、2-酮戊二酸依赖性双加氧酶(2-o:xo戊二酸-d茚登双加氧酶)和20G-铁(II)氧化还原酶途径(附表4-解毒代谢相关基因)来解毒干旱诱导的活性氧毒性；胡杨通过控制水通道蛋白的活性和降低PIPs、nPs和NIPs基因的表达来调节水分的循环和流失。显然，胡杨有抗旱能力。
(4)胡杨的抗旱能力也通过大量热休克蛋白基因的激活和表达得到证实。10个热休克蛋白基因的表达在4组干旱水平下表现出共同的显著变化，其中5个为小分子量热休克蛋白家族:热休克蛋白17.6B-CI、热休克蛋白17.8-CI、热休克蛋白23.6-MIT 0、热休克蛋白18.2、热休克蛋白21；高干旱水平激活更多小分子量热休克蛋白(表5-热休克蛋白和应激相关基因)。高丰度变化的热休克蛋白基因诱导表达特征在胡杨干旱反应中首次被揭示，在胡杨等草本植物干旱反应中罕见。也许胡杨的干旱分子途径更多地与胡杨的耐热机制共享，而不是与渗透胁迫相同的盐胁迫共享，至少在下游防御基因表达途径中是如此。
(5)我们的研究还揭示了胡杨调节和转录干旱反应基因的途径应该是多种多样的，但脱落酸调节途径可能起主导作用。虽然弱干旱胁迫下受体基因表达最多的是富含亮氨酸的重复蛋白激酶，但高干旱胁迫下也涉及汉他因和G蛋白，CBL10和PR5K上调表达，但脱落酸受体的功能更不确定。然后，ABA激素代谢诱导和调控中的两个基因ABF2和ABF3在四个干旱水平上存在显著差异，并且在干旱响应中也诱导和上调了ABA合成调控基因HVA22A和NCm)3。在胡杨信号转录中起作用的激素代谢途径可能是乙烯和赤霉素(附表6-信号，附表7-激素，图2-9)。
(6)编码转录因子的基因在胡杨干旱反应中调节转录表达基因的表达变化可能更清楚地解释脱落酸依赖途径的优势地位。为了应对干旱，表达变化最丰富的转录因子来自MYB家族(表2-5)。此外，在4，000个干旱水平上上调的四个转录因子:NAC1、NF-YA4、bZIP53和一个锌指结合家族的基因(表8-转录因子)。后三者参与脱落酸依赖的调节，NAC1可以同时参与脱落酸依赖和非脱落酸依赖的调节。
参考
1 baena-gonzalez e，rolland f，Theveleinjm，Sheen J (2007)植物胁迫和能量信号转录网络的http://sblunwen.com/jygc/中心整合者。自然448: 938-942。
2博加特-特里布罗特·米-博、布罗舍·米、雷诺特·杰、茹瓦·勒·蒂克·德等人(2007年)《土壤水分逐渐耗竭导致胡杨基因表达、蛋白质谱、生态生理学和生长性能的可逆变化》。石:沙生(2001)盐胁迫下杨树盐分、甜菜碱和碳水化合物的变化。中国植物学通报18:587-596。
4司建华，冯琪，张晓宇(2005)极旱早期胡杨水势及其影响因素研究。中国沙漠25:505-510。
5吴莫畏，李志军，罗红红，鲁汉(2007)土壤水分胁迫对胡杨和灰叶杨光合作用-光响应特性的影响。林业科学43:30-35。
6徐世玲，冯金超，江玲，张彩丽(2007)额济纳旗胡杨幼叶碳水化合物物质的变化。中央民族大学学报(自然科学版)16: 210-216。
7Abeh，Urao T，Itot，Seki M，Shinozaki K等人(2003)拟南芥AtMYC2 (bHLH)和AtMYB2(MYB)在脱落酸信号传导中作为转录激活因子发挥作用。植物细胞在线15:63-78。
8Abe H，山口-信ozaki K，浦晃一郎，岩崎一郎，细川一郎等(1997)拟南芥MYC和MYB同源物在干旱和脱落酸调节基因表达中的作用。植物细胞在线9: 1859-1868。[/br/ ]9Almeida-Rodriguez AM，Cooke JEK，Yeh F，Zwiazek JJ (2010)不同抗旱策略下黑杨和小叶杨无性系粗敏水通道蛋白的功能表征。植物生理学140: 321-333。
10Aprile A，Mastrangelo AM，De Leonardis AM，Galiba G，罗恩卡利亚E等人(2009年)转录水平反映了小麦基因组对干旱胁迫的不同反应。Bmc基因组学10。