煙草膨脹素家族基因的分子鑒定.pdf

1、植物細(xì)胞壁是植物的重要組成部分，同樣對人類的生產(chǎn)發(fā)展有重要影響。因此，對于植物細(xì)胞壁的研究在農(nóng)業(yè)及其下游產(chǎn)業(yè)具有重要作用。植物細(xì)胞壁為植株提供了重要的支撐力，同時(shí)，植物細(xì)胞壁界定了植物細(xì)胞的形狀，大小和功能。因此，在植物的生長過程中，植物細(xì)胞壁經(jīng)歷了持續(xù)的組裝，重構(gòu)以及解體過程。植物細(xì)胞壁的降解，合成和修飾收到一系列蛋白和酶的共同作用。膨脹素正是這樣一種在植物生長發(fā)育和生理學(xué)過程中起重要作用的蛋白。這種普遍存在與所有植物和部分細(xì)菌中的蛋

2、白介導(dǎo)了細(xì)胞壁的疏松過程。膨脹素首先在黃瓜中發(fā)現(xiàn)，迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)，膨脹素在植物中表現(xiàn)出不同的生物學(xué)功能。膨脹素能夠通過減少細(xì)胞壁組成多糖的相互粘附來促進(jìn)細(xì)胞壁的延伸，同時(shí)，膨脹素也在胞質(zhì)分裂后細(xì)胞壁的重構(gòu)中起作用，因此，膨脹素在幾乎所有的植物生長發(fā)育過程中起作用。目前研究普遍認(rèn)為，膨脹素是通過依賴于環(huán)境pH的非酶活的方式介導(dǎo)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的疏松。迄今為止，雖然有很多針對膨脹素的研究，對于煙草膨脹素的研究才剛剛起步。
　　因此，本論

3、文針對煙草膨脹素家族基因主要闡述了以下兩個(gè)方面的研究:首先，對煙草膨脹素相關(guān)基因的基因組學(xué)研究及其表達(dá)模式分析。我們共鑒定得到了52個(gè)煙草膨脹素基因，并將其分為四個(gè)亞家族，即36個(gè)NtEXPA，6個(gè)NtEXPB，3個(gè)NtEXLA和7個(gè)NtEXLB。通過構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹，這52個(gè)基因又可以被劃分成13個(gè)亞群。與其他植物中相同，α-膨脹素亞家族是膨脹素基因中最大的亞家族，而NtEXLB亞家族其次，這與其他植物中不同?；蚪Y(jié)構(gòu)分析顯示，同一個(gè)亞

4、家族的基因具有相似的基因結(jié)構(gòu)和蛋白基序。在本研究中，順式作用元件分析顯示一個(gè)或一組膨脹素基因可以受到細(xì)胞內(nèi)部和環(huán)境的共同調(diào)控作用?；蛐酒瑪?shù)據(jù)分析得到了其中35個(gè)膨脹素基因的表達(dá)模式。大多數(shù)NtEXPA基因在幼嫩器官中大量表達(dá)，與此相反，NtEXLA和NtEXLB主要在成熟和衰老的組織中表達(dá)，表明這些基因在煙草的不同器官以及煙草發(fā)育的不同器官中起作用。另外，基因芯片和實(shí)時(shí)定量PCR分析揭示了膨脹素基因的時(shí)空表達(dá)模式，顯示煙草膨脹素基因在

5、煙草的整個(gè)發(fā)育過程起作用，并在一些時(shí)期特異表達(dá)，說明膨脹素在某些特定的發(fā)育階段對煙草發(fā)育產(chǎn)生了直接或間接的影響。本論文的第一部分研究工作為對煙草膨脹素基因功能的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　本論文第二部分的研究工作主要集中于對于膨脹素相關(guān)基因過表達(dá)株系的篩選和鑒定。在本部分研究中，我們通過以上對于膨脹素基因表達(dá)的時(shí)空模式分析，結(jié)合煙草生長的特點(diǎn)，將煙葉中表達(dá)的基因作為我們研究的主要目標(biāo)，確定了以8個(gè)膨脹素基因?yàn)檠芯繉ο?。我們?gòu)建了相

6、關(guān)基因的過表達(dá)株系。其中，只有NtEXPA11的過表達(dá)株系表現(xiàn)出表型改變。因此，我們集中研究了NtEXPA11基因過表達(dá)對煙草生長發(fā)育的影響。表達(dá)模式分析顯示，該基因在煙草的莖，花和葉中大量表達(dá)，而在根中的表達(dá)量最低。該基因的過量表達(dá)對煙草株系的生長發(fā)育產(chǎn)生了重要影響。與野生型煙草相比，過表達(dá)植株的葉子更大，根發(fā)育更長，節(jié)間伸長明顯。過表達(dá)植株的葉和根分別增長了0.75和0.5倍。更有趣的是，過表達(dá)植株的根系明顯比野生型發(fā)達(dá)。切片觀察顯