玉米乙二醛酶系統(tǒng)的基因組學分析及ZmGLYI-8基因的功能鑒定.pdf

1、隨著全球氣候的不斷變暖和土壤質量下降，植物在生長發(fā)育過程中受到非生物脅迫的影響不斷加劇。這些非生物脅迫最終通過水分、離子和活性氧等代謝障礙發(fā)揮作用。除了以上幾種典型的脅迫相關的代謝產(chǎn)物之外，還有一種以甲基乙二醛（Methylglyoxal，MG）為代表的醛酮類有毒代謝產(chǎn)物，它能通過對蛋白質、脂質和DNA的修飾影響其結構和功能，最終導致細胞損傷甚至死亡。為了降低MG對正常生長發(fā)育的不利影響，植物自身進化出降解MG的機制。其中，乙二醛酶系統(tǒng)

2、是主要的MG清除途徑，可以將甲基乙二醛轉化為乳酸，并由此參與植物的生長發(fā)育調(diào)控和脅迫防御。
　　本研究利用生物信息學的方法及手段，從玉米基因組數(shù)據(jù)庫中篩選三類乙二醛酶基因，并對各基因家族成員的結構、進化關系、基因表達模式進行系統(tǒng)分析。同時，利用同源基因克隆方法從玉米種質POB21中克隆得到一個ZmGLYI-8基因，對該基因的序列、表達特性及其生物學功能進行了系統(tǒng)分析。主要研究結果如下：
　　（1）通過序列比對和結構分析，從B

3、73基因組中篩選出13個乙二醛酶Ⅰ（GLYI）基因、3個乙二醛酶Ⅱ（GLYII）基因和7個乙二醛酶Ⅲ（GLYIII）基因。以擬南芥為參考基因組，對玉米乙二醛酶基因家族成員的序列同源性、基因結構、蛋白質結構域及染色體定位分析表明，三類乙二醛酶基因分屬不同家族，沒有進化的一致性。同一家族內(nèi)部的乙二醛酶家族成員之間具有進化保守性，但在進化過程中倍增不同步。擬南芥和玉米基因組中不同乙二醛酶家族的基因倍增也有一定的物種偏好性。
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4、用genevestigator數(shù)據(jù)庫和定量PCR技術對玉米中乙二醛酶基因的表達特性進行分析和驗證。結果表明，三個基因家族的成員在玉米不同發(fā)育時期的表達有一定的偏好性，暗示該各家族基因成員在植物體內(nèi)的生物學功能各有分工。對GLYI和GLYII基因表達的組織特異性的qRT-PCR檢測表明，所有基因在根中的表達水平最低，大多數(shù)基因（9個GLYI，1個GLYII）在葉中的表達水平最高。在高溫、干旱、高鹽等不同非生物脅迫、代謝物MG和H2O2及激

5、素ABA、ET和MeJA處理后，基因表達調(diào)控的方向和表達水平表現(xiàn)出豐富的多樣性，說明大多數(shù)乙二醛酶基因廣泛參與多種非生物脅迫響應和信號轉導途徑。
　　（3）利用同源克隆技術從POB21基因組中克隆得到的一個玉米ZmGLYI-8基因，對該基因序列進行分析，結果表明該基因CDS全長為1044bp，基因編碼蛋白全長為347個氨基酸，等電點為6.49，預測分子量為38223.83Da。序列比對及進化樹分析結果表明，該基因與 B73基因組中