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高盐胁迫下红树植物—秋茄的表达谱微阵列分析及差异表达基因的功能解析

侯佩臣  
【摘要】: 本文利用改良的热硼砂法提取了秋茄幼苗叶片总RNA,有效的抑制了多酚、多糖的干扰,成功构建了秋茄全长cDNA文库,该全长cDNA文库的库容量为1.7-2.9×107plaques/library,重组率为97%,插入片段为1 kb左右。 根据cDNA文库得到的探针,制作了表达谱基因芯片。利用微阵列分析技术研究了秋茄幼苗在盐胁迫下的基因表达规律,发现在短期盐处理和长期盐处理下均有大量基因差异表达:短期处理共获得396个差异基因,其中301个表达上调,95个表达下调;长期处理共获得710个差异表达基因,其中表达上调基因507个,表达下调基因203个;其中短期和长期共同表达基因85个。 利用基因表达富集分析法(Gene Set Enrichment Analysis, GSEA)分析了上调表达基因特点并推断秋茄可能耐盐分子机理。秋茄耐盐性得益于其突出的光合作用响应及重建机制,涉及了光合作用相关的大量细胞器及相关组分,以及大量光合作用基因的协同表达;另外,活性氧代谢及平衡调控相关基因也高效表达,这类基因的上调显示秋茄具有高效清除活性氧(ROS)毒害能力,同时也暗示ROS在秋茄在适应盐生环境时能起到信号转导作用;水通道蛋白(MIP)基因的上调表达也证明了胁迫状态下秋茄控制水分运输来降低细胞内渗透势的能力;有关蛋白质修复和降解错误折叠蛋白类基因的上调表达说明了秋茄自身翻译水平上具有很强的修复能力;信号转导途径以及响应外界非生物刺激类基因的表达说明了秋茄具有完善的抵抗外界刺激反应系统,包括信号感知、信号转导、启动基因表达等连续的分子机制。另外有关离子转运与平衡类的基因也高效表达,具有ATPase结构域基因短期和长期处理均有6个探针上调表达,说明了H-ATPase酶基因在离子转运过程中起到了重要作用。 荧光定量PCR方法验证了盐处理基因表达与微阵列表达谱数据趋势一致,表明微阵列实验真实可靠,可以用于后续数据挖掘。 通过对秋茄四个基因家族的基因开放读码框的预测、以及对应的蛋白质功能预测分析、蛋白质三维结构预测、蛋白序列比对及进化分析,初步预测了这些差异表达基因的功能和特点,这些基因涉及了水分子转运通道蛋白(包括质膜和液泡膜)、以及功能未知但是在许多植物中都被发现的BURP家族基因、植物抗氧化胁迫相关的SOD基因、以及光合作用相关基因叶绿素a/b结合蛋白。


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