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大豆抗炸荚性与SHAT1-5基因结构和表达的关系

大豆抗炸荚性与SHAT1-5基因结构和表达的关系

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作者：张喜凤南昌大学

学位级别：硕士

炸荚现象是造成野生大豆(Glycine soja)产量损失的关键因素之一。目前Dong等鉴定的大豆抗炸荚基因SHAT1-5在栽培大豆豆荚中的表达量是野生大豆等位基因型的15倍,进而形成了栽培大豆的抗炸荚性。进一步研究表明SHAT1-5基因在栽培大豆中... 详细信息

炸荚现象是造成野生大豆(Glycine soja)产量损失的关键因素之一。目前Dong等鉴定的大豆抗炸荚基因SHAT1-5在栽培大豆豆荚中的表达量是野生大豆等位基因型的15倍,进而形成了栽培大豆的抗炸荚性。进一步研究表明SHAT1-5基因在栽培大豆中表达量上升的原因是由于该基因上游4kb处存在20bp的缺失造成的。而本实验室前期研究发现该20bp缺失在栽培大豆中只占了14.6%,并且该位点在野生大豆和栽培大豆间遗传分化差异很小,那么另外不包含该位点的85.6%的栽培大豆抗炸荚性又当如何解释?它们与SHAT1-5基因的关系究竟如何这有待于进一步研究。本课题选择不同地区有代表性的75份大豆品种(包括48份栽培大豆和27份野生大豆)为研究材料,结合生物信息学分析SHAT1-5基因在大豆野生群体和栽培群体中的基因结构差异和表达差异,从而寻找与抗炸荚性相关的功能多态性位点,为进一步分析这些位点与栽培大豆抗炸荚性间的关系提供理论依据。本研究的主要结果如下:1、在Phytozome数据库中查找SHAT1-5基因序列,通过生物信息学分析发现该基因结构简单,包含3个外显子和2个内含子。该基因编码了一个含443个氨基酸的蛋白质,通过氨基酸序列比对,发现在氨基酸序列中存在NAM亚结构域,进一步对该蛋白质的理化性质和蛋白质的结构进行预测,结果显示该蛋白位于细胞质中,不存在跨膜结构域,其二级结构存在三种结构域,分别是链状结构、环状结构和螺旋结构。三维空间结构预测该基因是胁迫诱导的NAC1转录因子。2、通过对75份大豆材料(包括48份栽培大豆和27份野生大豆)SHAT1-5基因及其上游启动子序列进行测序,获得了7098bp的DNA共同序列。共发现了70个多态性位点,包括54个单碱基替换(SNP)和16个插入缺失(Indel)。野生大豆和栽培大豆的遗传多样性π值分别为1.448×10和0.438×10,即驯化过程中遗传多样性丢失了69.8%。对这70个多态性位点在大豆野生群体和栽培群体间的遗传分化系数进行分析,结合野生大豆次等位基因频率在栽培大豆中的分布,共找到了10个可能与栽培大豆高表达相关的位点,这些位点中有8个位于SHAT1-5基因的启动子序列。3、以栽培大豆261M和野生大豆041S为实验材料,通过荧光定量PCR分析SHAT1-5基因在野生大豆和栽培大豆中的时空表达特性。结果发现SHAT1-5基因在空间上主要是在豆荚(开花后18天)和茎中表达;在时间上主要是在开花后18天的豆荚中表达量最高;不论是在空间还是在时间上,野生大豆和栽培大豆的表达模式基本一致,在主要的表达部位栽培大豆的表达量高于野生大豆。结合SHAT1-5基因在野生大豆和栽培大豆中的表达差异,进一步筛选出3个与该基因抗炸荚性相关的关键功能位点。本研究通过测序技术和荧光定量PCR技术分别对SHAT1-5基因在野生大豆和栽培大豆中的结构和表达量进行了分析,初步筛选了3个与该基因抗炸荚相关的功能多态性位点,为进一步分析这些位点与大豆抗炸荚性间的关系提供研究基础。

关键词： SHAT1-5基因抗炸荚性野生大豆和栽培大豆启动子基因表达

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