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《福建农林大学》 2017年
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甘蔗SWEET基因家族的演化与功能分析

胡伟长  
【摘要】:甘蔗(Saccharumspp.)是全世界食糖和工业用糖的主要来源,也是重要的生物质能源材料。甘蔗成熟茎杆的汁液中包含18%左右的蔗糖,而糖分转运蛋白是糖分在其转运和代谢途径中最为核心的功能蛋白,了解这些与甘蔗糖分转运相关的蛋白的功能,对理解其糖分积累机制及甘蔗品质的分子改良具有重要的意义。SWEET(Sugars Will Eventually be Exported Transporters)是一类新近发现的广泛存在于从古细菌到高等动植物基因组中的糖分转运蛋白家族,该类蛋白在诸如植株发育、生殖生长以及植物与致病菌互作等生物学过程中发挥重要作用。本研究利用比较基因组学鉴定出甘蔗SWEET基因家族成员,构建系统进化树揭示其演化关系,利用转录组测序手段分析不同基因的表达模式,并在异源酵母中验证部分基因的功能,以期为甘蔗的分子育种提供依据。主要研究结果如下:(1)以高粱SWEET基因为参考,通过比较基因组学从高覆盖度的甘蔗割手密(Saccharum spontaneum,Ss)BAC 文库中鉴定出 2个S2 E 基因。这 22个基因均具有开放阅读框(open reading frames,ORFs)。所有甘蔗SWEET蛋白均含有2个MtN3/saliva结构域。氨基酸序列比对发现,不同成员之间相似性在27~95%之间,平均为31%。高粱与甘蔗直系同源SWEET基因对之间的Ka/Ks值均小于1,除了Sb03g003480/SsSWEET4d,其余直系同源基因对的Ka/Ks均小于0.5,说明SWEET基因受到了较强烈的纯化选择作用。(2)利用双子叶植物拟南芥、蒺藜苜蓿、杨树、葡萄,单子叶植物水稻、玉米、高粱、菠萝、甘蔗,无油樟(被子植物基部)以及衣藻(作为外类群)的SWEET蛋白序列构建系统进化树,进化树主要分为四个分支。单双子叶植物中SWEET基因拷贝数均较无油樟多,表明SWEET基因家族在单双子叶植物世系均发生了扩增。进化树可进一步分为10个双子叶亚家族(以E开头)和16个单子叶亚家族(以M开头)。除了 E11-14,其余双子叶亚家族均含有来自四种双子叶植物的SWEET基因,而16个单子叶亚家族只有5个包含所有单子叶物种SWEET基因,说明这些亚家族的祖先SWEET基因在各自单双子叶植物祖先中就已经存在,且SWEET基因在单子叶植物世系中的演化更多样。此外,在M2b、M11、M13等单子叶亚家族中,不含有菠萝的SWEET基因,说明这些亚家族的祖先SWEET基因可能起源于凤梨科从禾本目分化出来之后,泛禾本植物的ρ全基因组复制事件之前。由进化树可知,SsSWEET12、-16a、-16b在单子叶植物祖先中可能就存在。SsSWEET1a/SsSWEET1b、SsSWEET2a/SsSWEET2b 及 SsSWEET3a/SsSWEET3b 这三对基因可能产生于单子叶植物在凤梨科从禾本目分离后的复制事件。SsWEET13a、-13b、-13c和SsSWEET4aW-4b、-4c可能源于黍亚科植物祖先的基因复制事件。基因结构模型分析可知,被子植物祖先SWEET基因可能具有6个或者5个外显子。而SsSWEET基因的外显子大小保守,基因长度的变异主要是由内含子的插入或者缺失引起。(3)SWET基因在甘蔗不同生长时期的转录组表达谱表明,SWEET1b和SWEET2b在三个原始种甘蔗苗期和成熟期叶片中高表达;而SWEET4a和SWEET4b在靠近茎尖的茎节中的表达量远高于叶片。表明前两者在源组织叶片可能负责糖分韧皮部的转载,而后两者在糖分从源到库的中转过程中发挥作用。SWEET13a、-13b、-13c在苗期叶片高丰度表达;在成熟期的茎节越靠近根部,表达水平越高。说明这三者可能不仅参与幼苗的发育,还与甘蔗茎秆成熟有关,影响甘蔗品质。甘蔗割手密苗期发育叶片不同叶段的转录组数据显示,在发育叶片的基部,SWEET基因家族中SWEET4a、SWEET4b以及SWEET11a的表达占主导地位,暗示这些基因与DNA、细胞壁合成及细胞周期调节等初生代谢活动有关;在源库过渡区,SWEET16b和SWEET1a的高表达可能影响木质素和软木脂生成以及次级细胞壁生物合成等建立光合作用装置的代谢反应;而叶尖部SWEET13a的转录本水平富集,说明其与叶片光合作用装置(包括酶、光系统和叶绿体)的运作可能高度相关。(4)酵母生长互补实验表明:SsSWEET1、SsSWEET4a以及SoSWEET4a、SoSWEET4b(Saccharum offficinarum,So)能够转运葡萄糖、果糖及蔗糖;而SsSWEET11a和SoSWEET13a对葡萄糖、果糖和蔗糖没有转运活性。(5)鉴定出 AtSWEET1、AtSWWEET2、AtSWEET8、AtSWEET11、AtSWEET12、AtSWEET13的纯合T-DNA插入突变体。除ASWEET8(已有文献报道其功能)的突变体植株果荚变短外,其余基因的拟南芥突变体表型与野生型基本无差异,说明不同AtSWEET基因之间存在功能冗余。
【学位授予单位】:福建农林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q943.2;S566.1

【参考文献】
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1 徐磊;王伟伟;苏世超;马锦绣;孙辉;房兆峰;高世庆;唐益苗;赵昌平;蒋涛;;小麦糖转运蛋白基因TaSWEET6的克隆与表达分析[J];麦类作物学报;2016年11期
2 董学虎;李荣;李官保;李明;付秀元;;国内外甘蔗中耕施肥机现状与发展趋势[J];农业机械;2016年10期
3 张岗;刘思思;杨新杰;陈莹;刘亮亮;郭顺星;;一个全新的铁皮石斛DoSWEET1基因的分子克隆与特性分析[J];药学学报;2016年06期
4 Meng Yuan;Junwei Zhao;Renyan Huang;Xianghua Li;Jinghua Xiao;Shiping Wang;;Rice MtN3/saliva/SWEET gene family: Evolution,expression profiling, and sugar transport[J];Journal of Integrative Plant Biology;2014年06期
5 张丽敏;刘智全;陈冰嬬;郝东云;高士杰;景海春;;我国能源甜高粱育种现状及应用前景[J];中国农业大学学报;2012年06期
6 常丹;鄢家俊;白史且;梁绪振;干友民;李达旭;游明鸿;杨富裕;张蕴薇;;割手密种质资源研究进展[J];草业科学;2011年04期
7 王俊刚;赵婷婷;张树珍;杨本鹏;黄彩霞;;植物单糖转运蛋白[J];植物生理学通讯;2007年06期
8 李金宝;何丽莲;李富生;;甘蔗作为能源作物的优势分析及前景展望[J];中国农学通报;2007年12期
9 张革民;廖江雄;黄宏套;黎焕光;容凤玉;杨荣仲;方位宽;闭少玲;贤武;谭芳;;广西高糖割手密遗传多样性的表型分析和RAPD分析[J];西南大学学报(自然科学版);2007年08期
10 蔡青,文建成,范源洪,王丽萍,马丽;甘蔗属及其近缘植物的染色体分析[J];西南农业学报;2002年02期
【共引文献】
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1 高进;蔡立旺;王永慧;施庆华;王海洋;王为;孙艳茹;陈建平;;甜高粱新品种(系)综合评价与聚类分析[J];江苏农业科学;2017年20期
2 姚丽;赵培方;赵俊;刘家勇;覃伟;吴才文;;秋水仙素对斑茅愈伤组织诱导及分化的影响[J];中国农学通报;2017年31期
3 李昱;俞自仁;吴伟;肖庆红;蒙静;王建锋;;水肥耦合对甜高粱新品种中科甜2号生物学特性和产量的影响[J];甘肃农业科技;2017年10期
4 王致和;唐桃霞;张肖凌;张亚萍;张秀华;;农机农艺融合下甜高粱规模化高效栽培管理与收割利用技术[J];大麦与谷类科学;2017年05期
5 高华晨;钱雪冬;白露;逄洪波;李玥莹;;国内五个甜高粱主栽品种生理生化指标的比较研究[J];湖北农业科学;2017年19期
6 陈晓文;任亚丽;;甘肃省甜高粱产业发展探讨[J];中国糖料;2017年05期
7 陈慧敏;李威;马雄风;裴小雨;刘艳改;贺昆仑;张飞;张文生;王振玉;杨代刚;胡守林;;雷蒙德氏棉SWEET基因家族的全基因组鉴定和进化分析[J];中国农学通报;2017年25期
8 Wang Jungang;Zhao Tingting;Yang Benpeng;Xiong Guoru;Zhang Shuzhen;;Effects of Differential Expression of Monosaccharide Transporter Genes on Yield Formation of Virus-free Sugarcane Seedlings[J];Plant Diseases and Pests;2017年04期
9 刘洋;苏俊波;刘新龙;刘洪博;姚艳丽;徐磊;;我国金沙江干热河谷地区甘蔗野生种质资源采集与鉴定[J];热带农业科学;2017年08期
10 刘秦;马畅;冯世鹏;唐枝娟;陈银华;罗丽娟;牛晓磊;;木薯SWEET1基因的分子克隆、亚细胞定位与功能分析[J];分子植物育种;2017年07期
【二级参考文献】
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1 刘畅;姜晶;韩晓雪;韩佳轩;;植物中SWEET基因家族研究进展[J];植物生理学报;2014年09期
2 玄元虎;朱毅勇;胡一兵;;SWEET蛋白家族研究进展[J];中国科学:生命科学;2014年07期
3 陈晓梅;王春兰;杨峻山;郭顺星;;铁皮石斛化学成分及其分析的研究进展[J];中国药学杂志;2013年19期
4 董学虎;卢敬铭;李明;张家明;李日华;黄敞;韦丽娇;邓怡国;;3ZSP-2型中型多功能甘蔗施肥培土机的结构设计[J];广东农业科学;2013年15期
5 张岗;赵明明;宋超;张大为;李标;郭顺星;;铁皮石斛促分裂原活化蛋白激酶基因DoMPK1的克隆及特征分析[J];药学学报;2012年12期
6 曾志强;袁成宇;区颖刚;胡乔;赖荣光;;甘蔗生产机械化发展现状分析与对策研究[J];广东农业科学;2012年19期
7 王晓鸣;莫建霖;;甘蔗生产机械化现状及相关问题的思考[J];农机化研究;2012年10期
8 唐三元;席在星;谢旗;;甜高粱在生物能源产业发展中的前景[J];生物技术进展;2012年02期
9 陈冰嬬;李继洪;高士杰;王阳;马英慧;;高粱长穗型恢复系吉R107的选育与应用[J];现代农业科技;2011年24期
10 李继洪;陈冰嬬;高士杰;;高粱不育系吉2055A特征特性与应用潜力分析[J];安徽农业科学;2011年28期
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5 ;发挥农机化优势 加速甘蔗生产机械化进程[J];广西农业机械化;2002年03期
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7 罗爱群;广西农农机在甘蔗生产中显威力——河池市甘蔗生产机械化现场会吸引数千蔗农[J];广西农业机械化;2004年02期
8 农初强;甘蔗生产“六化”理论与实施意见[J];广西蔗糖;2005年01期
9 ;全国第一甜县:遂溪县致力推动甘蔗生产机械化[J];现代农业装备;2006年04期
10 黄艳;;泰国甘蔗生产商向政府施压[J];世界热带农业信息;2006年06期
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1 区颖刚;杨丹彤;李伯祥;;我国甘蔗生产机械化模式及适用技术装备探讨[A];全国甘蔗生产机械化与产业研讨会暨甘蔗生产机械化现场演示会论文集[C];2002年
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5 谭宏伟;周柳强;谢如林;黄美福;;不同施肥条件下甘蔗对钾的吸收利用[A];中国植物营养与肥料学会2010年学术年会论文集[C];2010年
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7 蔡建立;;甘蔗生产机械化的发展前景[A];全国甘蔗生产机械化与产业研讨会暨甘蔗生产机械化现场演示会论文集[C];2002年
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9 魏祖汉;;浅析甘蔗生产机械化存在的问题及发展对策[A];全国甘蔗生产机械化与产业研讨会暨甘蔗生产机械化现场演示会论文集[C];2002年
10 李明;黄晖;;中国甘蔗生产机械化发展的现状与展望[A];农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
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1 谢显扬陈建国 林东泓;广东湖光农场抓好甘蔗“四改”夺高产[N];农民日报;2008年
2 记者 范南虹 实习生 陈奕婷 通讯员 田婉莹;热科院甘蔗研究中心成立[N];海南日报;2011年
3 本报记者 光明 实习生 吴英珍;海南甘蔗为何丰产不丰收[N];海口晚报;2013年
4 记者 谭彦斌;转型升级甘蔗生产“第一车间”[N];柳州日报;2014年
5 记者 杨雪;甘蔗生产机械化推广面临考验[N];中国农机化导报;2014年
6 记者 梁振君 实习生 林诗婷;应扩大甘蔗生产保险覆盖面[N];海南日报;2014年
7 朱柳融;糖价大跌倒逼广西加快甘蔗生产机械化[N];中国县域经济报;2014年
8 莫崇寿;推行甘蔗产业化经营[N];广西日报;2005年
9 湖南省农业厅经作处高级农艺师 何树林;甘蔗间套种好处多[N];湖南科技报;2006年
10 伍端平;甘蔗夏季管理要点[N];湖南科技报;2006年
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1 傅美兰;我国甘蔗主产区的甘蔗生产风险区划研究[D];福建农林大学;2015年
2 汪帆;袋控施肥对甘蔗生长效应和土壤养分量的研究[D];福建农林大学;2016年
3 郭金兵;甘蔗收割机切割参数分析与切割刀耐磨强化的试验研究[D];中国农业机械化科学研究院;2016年
4 覃宏宇;广西甘蔗生产现状调查与研究[D];广西大学;2016年
5 朱湘璇;4GZQ-120型甘蔗联合收割机设计与试验研究[D];广西大学;2015年
6 黄峥;带风送叶片的单圆盘式切稍器的气流场研究[D];华南农业大学;2016年
7 黄淼;菱形四轮甘蔗中耕机液压行走系统改进设计[D];华南农业大学;2016年
8 杨继伟;甘蔗果酒发酵过程褐变机理及其控制研究[D];广西大学;2017年
9 胡伟长;甘蔗SWEET基因家族的演化与功能分析[D];福建农林大学;2017年
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