糜子超长链脂肪醇合成酶基因PmFAR的克隆与功能分析.pdf

摘 要 摘要 糜子（Panicum miliaceum L. ）在我国干旱半干旱地区广泛种植，同时也是重要的粮 食作物。糜子的生理代谢、生长发育、产量及品质均受干旱的影响。植物表皮蜡质可以 通过减少植物表皮水分的散失，进而对植物起到保水抗旱的作用，因此研究糜子表皮蜡 质组成、晶体结构以及其生物学功能，将为糜子抗旱性研究和品种选育提供一条新的思 路和途径。本试验以黄土高原区种植的普通糜子品种榆黍 1 号、雁黍7 号、陇糜8 号、 晋黍9 号和宁糜10 号为试验材料，利用GC-MS 、GC-FID 和SEM 等试验技术分别检测 不同品种及不同生长发育时期糜子叶片表皮蜡质成分、含量及蜡质晶体结构和分布的变 化特点。在此基础上，根据糜子基因组测序结果，通过同源比对有哪些信誉好的足球投注网站糜子中具有FAR 基 因保守结构域的PmFAR 基因，并进行生物信息学分析。同时将不同生长发育时期糜子 叶片测序分析，以确定PmFAR 基因在不同时期的表达量。对PmFAR 基因进行克隆和表 达载体构建，并转入酵母及拟南芥中进行功能验证，通过对表达结果进行分析，从而验 证糜子中PmFAR 基因的生物学功能。研究结果如下： 1.糜子不同品种及不同生长发育时期叶片表皮蜡质中，初级醇和烷烃均是主要组成 成分，约占总蜡质含量的95% 以上。其中以初级脂肪醇为主，C32 醇含量最高；其次是 烷烃，C33 及C31 烷烃含量相对较高。观察扫描电子显微镜的结果，糜子叶片上表面呈比 较密集的片状，下表面呈稀疏的颗粒状或平滑表面。不同糜子品种之间蜡质晶体疏密程 度有明显的差别。 2.根据FAR 基因的保守结构域，在糜子基因组中进行同源比对，共找到了 13 个具 有该保守结构域的基因，通过引物对目的基因进行克隆，共克隆到五个PmFAR 基因， 分别为PmFAR1 、PmFAR2 、PmFAR3 、PmFAR10 和PmFAR13 。蛋白结构域检测表明，这 5 个候选基因均具有一个NAD(P)H 结合位点以及一个活性位点。进化树分析表明，这 五个PmFAR 基因与谷子和玉米中FAR 基因相似度很高，由此推测这五个候选基因也可 能与谷子和玉米中的同源基因相似。通过转录组测序分析不同生长发育时期糜子PmFAR 基因的表达水平，其中PmFAR3 基因表达量最高。 3.通过在酵母细胞中异源表达，初步验证糜子PmFAR 基因的功能。试验结果表明： PmFAR3 基因表达产物含有C22:0 脂肪醇；PmFAR10 、PmFAR13 基因表达产物含有C22:0、 C26:0 脂肪醇，表明PmFAR 基因具有合成C22:0、C26:0 脂肪醇的功能。采用农杆菌介 导转化法，将PmFAR3 基因转入拟南芥中，进行过量表达。获得了三株转化PmFAR3 基 因的阳性植株。 本研究探究了糜子不同品种及不同生长发育时期叶片表皮蜡质组分和含量及蜡质晶 体结构和分布的变化特点，筛选出了糜子中参与表皮蜡质初级醇合成的候选基因，并检 I 西北农林科技大学硕士学位论文 测了这些候选基因在不同生长发育时期的表达情况，克隆了五个PmFAR 基因。同时验 证了目的基因PmFAR 的功能，即PmFAR 基因参加了糜子叶片表皮的蜡质生成过程，尤 其是与蜡质中醇类的合成密切相关，是初级醇合成酶的编码基因。候选基因的功能验证 可进一步转化拟南芥来完成。本研究可为进一步研究糜子表皮蜡质合成机理提供必要的 参考基础。 关键词：糜子；蜡质；PmFAR ；酵母；功能 II 目 录 目 录 摘要I ABSTRACT Ⅲ 第一章 文献综述 1 1.1 植物表皮蜡质概述 1 1.1.1 植物表皮蜡质的结构与组成 1 1.1.2 植物表皮蜡质的抗旱保水功能 2 1.1.3 植物表皮蜡质的抗辐射功能 2