棕色棉纤维MATE基因的克隆及功能初步研究.pdf

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1、I分类号：密级：学号：2015200520单位代码：10759石河子大学硕士学位论文棕色棉纤维MATE基因的克隆及功能初步研究学位申请人王作敏指导教师孙杰教授李艳军副教授申请学位门类级别理学硕士学科、专业名称遗传学研究方向植物分子遗传所在学院生命科学学院中国·新疆·石河子2018年6月ICloningandFunctionalPreliminaryAnalysisofFiberMATEgeneinbrowncottonADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFu

2、lfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofNaturalScienceByWangZuo-min(Genetics)DissertationSupervisor:Prof.SunJieViceProf.LiYan-junJune,2018I石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出

3、重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：年月日使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日I摘要棕色棉是一种纤维颜色具有天然棕色的有色棉。色素是决定棉纤维颜色的主要化学成分，其化学本

4、质是由缩合单宁聚合氧化而形成的醌类物质，即原花色素。原花色素的前体物质在细胞质中合成，由定位在液泡膜上的MATE转运蛋白跨膜运输到液泡中聚合形成原花色素低聚物，从而使棉纤维呈现各种颜色。多药和有毒化合物输出蛋白(multidrugandtoxinextrusionprotein，MATE)是一类参与次级代谢产物转运的蛋白，可转运阳离子染料、氨基葡糖、多种抗生素与药物等次生代谢产物。本试验通过对棕色棉纤维MATE基因的克隆和功能分析，为进一步研究棕色棉颜色形成的分子机制和纤维色泽及品质的遗传改良提供了有价值的资料。本研究以

5、已经克隆的MATE氨基酸序列为探针，利用生物信息学技术在陆地棉中鉴定MATE家族成员，研究MATE基因在棕色棉不同组织和纤维发育不同时期的表达情况，同时将GhMATE13，GhMATE23基因转化棉花和拟南芥，对该家族基因的功能进行初步分析，结果如下：1.利用生物信息学手段从陆地棉基因组数据库中鉴定出91个MATE家族基因，分别命名为GhMATE1-GhMATE91，基本的理化性质表明，91个家族基因编码374～548个氨基酸，家族成员蛋白分子量为36.6～60.3kD。系统进化分析显示，彩色棉中MATE家族蛋白可分为7

6、类亚家族。染色体定位显示GhMATE家族成员定位在25条染色体上，共形成5个基因簇。qRT-PCR分析发现GhMATE家族基因在棉花各组织中均有表达，其中GhMATE13和GhMATE23在棕色棉纤维中的表达量明显高于白色棉，表明它们可能与棕色棉纤维的颜色形成相关。2.为探究棕色棉中MATE家族基因在原花青素合成、转运和聚合过程中的作用，本研究利用生物信息学结合的分子生物学技术，从15DPA（开花后天数）棉纤维中克隆到两个MATE蛋白基因，命名GhMATE13（登录号：NP_001314298.1）、GhMATE23（登

7、录号：XP_016668081.1）。利用Gateway技术构建了其植物表达载体，并通过基因工程技术介导的蘸花法转化拟南芥野生型WT和突变体tt12。结果显示GhMATE13转化的过表达株系叶片中原花青素的含量高于野生型，GhMATE13转化的互补株系叶片中原花青素的含量明显高于突变体，与野生型含量相近。GhMATE23转化的过表达和互补株系中原花青素的含量没有发生显著变化。表明GhMATE13与原花青素的生物合成/转运相关。3.通过DNA重组及棉花组织培养技术将GhMATE13、GhMATE23遗传转化到陆地棉YZ-1

8、和新陆早33号棉花细胞中，通过Kan筛选培养，已得到抗性棉花植株，为今后探索GhMATE家族基因在彩色棉纤维颜色形成中的功能奠定了理论基础。关键词：棕色棉；原花青素；MATE蛋白；拟南芥IAbstractBrowncoloredcottoniscottonwhosefiberisendowedwithbrowncol