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《清华大学》 2017年
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棉花苹果酸脱氢酶基因家族的分子鉴定及其特征

依姆兰(Muhammad Imran)  
【摘要】:苹果酸脱氢酶(MDH,EC 1.1.1.37)属于A类脱氢酶,它可以组成具有高度保守性的NAD(P)~+依赖性的基因家族,可催化草酰乙酸盐和苹果酸盐的可逆转换。而苹果酸是植物细胞中重要的中间代谢物,在乙醛酸循环、三羧酸循环、葡萄糖合成、氨基酸合成以及氧化还原稳定性等细胞代谢途径中具有多种生物学功能。目前,关于棉花MDH基因家族少有研究。本研究对棉花MDH基因家族进行了全基因组鉴定及比较分析,阐明了该基因家族在棉花基因组内的组成以及在棉纤维不同生长时期的表达特征,为该基因家族在棉纤维细胞发育过程中的功能研究奠定了基础。在雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉基因组中共鉴定到51个MDH基因。多重序列比对结果显示棉花MDH基因可以分为五个亚组:线粒体MDH,过氧化物酶体MDH,质体MDH,叶绿体MDH和细胞质MDH。相同亚组内的MDH基因在基因结构、氨基酸序列以及功能结构域的保守基序方面具有相似的特征。染色体定位分析暗示基因片段复制事件在棉花MDH基因家族扩张过程中发挥了主要作用,而纯化选择在棉花MDH基因家族随后的进化过程中也起到了重要作用。进一步的表达分析结果显示陆地棉MDH基因家族在不同的棉花营养组织和不同发育时期的纤维中呈现差异化的表达模式。例如GhcMDH1在5~25 DPA(days post anthesis)的纤维中优势表达,在15 DPA的纤维中表达量最高。差异表达暗示这些基因在棉花生长和纤维发育过程中具有功能多样性。本研究还挑选了一个在纤维中优势表达的家族成员Ghc MDH1在陆地棉中进行了分子克隆,并初步探索了其在棉花纤维生长过程中的表达特征,细胞定位以及可能的分子功能。GhcMDH1的cDNA全长为1520 bp,可编码一段长度为332aa的蛋白,其序列与其他植物cMDHs具有很高的序列相似性。激光共聚焦显微观察和免疫印迹分析同时确认GhcMDH1定位于细胞质。实时定量PCR以及酶活测定等分析结果显示GhcMDH1的转录本、纤维细胞内的总酶活和苹果酸含量均与纤维伸长速率呈正相关关系,表明GhcMDH1可能参与纤维快速伸长过程。本研究结果为更好地理解棉花MDH基因家族在棉花基因组内的分布,进化以及表达提供了重要信息,为进一步研究MDH基因在棉花纤维发育过程中的作用奠定了重要基础。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S562

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