DREB家族进化历史及耐旱野生稻材料中DREB1C基因的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:TomasZhang_888
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干旱胁迫是植物生存和适应所面临的挑战,也是导致作物减产的重要原因,因此对植物耐旱基因的研究具有重要的理论和实际意义。DREB转录因子家族是AP2/ERF超家族的一部分,其中有许多基因都与抗逆作用相关,探讨该基因家族的分子进化及其成员的功能分化将有助于理解植物适应干旱的可能机制。水稻(Oryza sativa)是全球最重要的作物之一,其产量和质量均面临干旱胁迫的挑战。野生稻地理分布广、生境复杂,具有丰富的遗传多样性,包括蕴含着许多抗逆基因。本文在探讨DREB基因家族的基础上,利用从野生稻O.nivara中筛选出的耐旱材料,对该家族中的耐旱相关基因DREB1C进行了初步的研究,得到如下主要结果。  1.利用系统发生分析手段,我们在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻中分别确定了56个和51个DREB家族基因,并将水稻中DREB家族基因划分为6组,本文所关注的DREB1C基因位于系统发生树上A1枝。对稻属10个物种以及假稻属Leersia perrieri的DREB家族和ERF家族等含有一个保守结构域的1,187个转录因子序列进行了系统发生分析,发现DREB家族除A2-1枝外都聚成一枝,建议将A2-1枝中的相应拷贝划入ERF家族。基因组序列的比较分析表明,DREB1C基因在假稻属L.perrieri中有同源基因但在稻属O.baithii,O.brachyantha,O.glumaepatula,O.longistaminata和O.glaberrima中缺乏相随序列。通过扩大序列来源范围,将禾本科、棕榈科、凤梨科和芭蕉科四个科的30条序列基因区构建系统发生树,结果表明DREB1C基因可能为禾本科特有。  2.通过Blast分析发现,O.nivara中ONIVA06G01850基因与水稻中OsDREB1C仅在第四位氨基酸有差异,为OsDREB1C的同源基因。将O.nivara耐旱个体0406中该基因调控区序列与水稻的品种日本晴的调控区进行比对,发现两者有41个单核苷酸的差异和11个插入与缺失的差异。其中,在上游1,000bp碱基以内,耐旱个体0406出现了三处大缺失。为了探究缺失现象是否为个体特有,将该耐旱个体与本课题组已测序的100个O.nivara个体进行序列比对,发现715bp至710bp碱基的位置在所有已测序O.nivara个体中有四分之三的个体都缺失了该处序列,暗示该处序列并不是个体特有,而其它两处缺失都是该个体特有的。进一步对稻属内不同物种之间对该处缺失进行序列比对,结果暗示耐旱个体在上游的缺失片段(1,000bp至965bp碱基)存在于粳稻日本晴、籼稻9311、O.nivara个体(基因组测序个体)、O.rufipogon与O.glumaepatula中。耐旱个体的另一个缺失片段(在上游581bp至566bp碱基的位置)存在于日本晴、9311、O.nivara个体(基因组测序个体)、O.rufipogon、O.longistaminata与O.glumaepatula中,结果同样暗示耐旱个体0406的这二处缺失都是个体独有的。通过PLACE软件预测,在缺失的位置找到了一些可能的顺式作用元件,可能对于具有耐旱性的野生稻O.nivara(0406)个体中该基因的高表达产生重要影响。  此外,本文还将DREB家族在稻属部分物种内成员进行了分类鉴定,一共有409个拷贝,为进一步的功能验证提供了一定基础。通过探究DREB1C基因在野生稻耐旱生理现象中的作用,为野生稻丰富的遗传资源利用提出了可能。
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