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番茄不同发育时期14-3-3蛋白与蔗糖代谢关系的初步研究

2020-12-10阅读(858)

番茄不同发育时期14-3-3蛋白与蔗糖代谢关系的初步研究

论文摘要

植物中蔗糖的合成与分解既影响“源”器官中蔗糖与淀粉间的积累平衡也影响“库”器官中的碳分配。在蔗糖代谢中，目前公认SPS-SPase系统是蔗糖合成的主要途径，在该途径中SPS（E.C.2.4.1.14）是关键的限速酶，它催化UDPG+fructose-6-phosphate→UDP+sucrose-6-phosphate的反应，而SPS和SPP（sucrose-phosphate phosphatase，SPP）又是以复合体的形式存在于植物体内，所以SPS催化蔗糖生成在事实上是不可逆的，因此，SPS的活性直接关系到蔗糖的合成与积累。SPS上的多个Ser可被磷酸化而其活性受到共价修饰调节。14-3-3蛋白是一种非常重要的小分子调节蛋白，与多种生理过程相关，近年来在许多作物上发现其能与Ser被磷酸化的SPS互作而调控SPS的活性，而在番茄中其对SPS活性调控的研究流于空白，而关于14-3-3蛋白与蔗糖代谢的关系就更加不清楚了。因此本研究以番茄栽培品种—‘辽园多丽’为研究材料，以14-3-3蛋白对SPS的调节为突破口，探讨14-3-3蛋白与番茄蔗糖代谢的关系。首先通过对番茄14-3-3蛋白进行系统生物信息学分析从而确定数据库（GenBank）中尚未收录的番茄中14-3-3蛋白成员tft11和tft12的编码区（coding sequence，CDS）序列；然后利用生物信息学手段对可能与磷酸化的SPS互作的14-3-3蛋白成员进行预测从而明确番茄12个14-3-3蛋白成员中可能调控SPS活性的成员；其次运用传统的植物生理学方法检测不同发育时期番茄叶和果实中的可溶性糖（Suc、Glu、Fru）及淀粉的含量、蔗糖代谢相关酶（AI、NI、SS、SPS）的活性从而明了糖含量、酶活性间的关系；最后应用实时荧光定量PCR方法检测不同发育时期番茄叶和果实中14-3-3蛋白基因和蔗糖磷酸合成酶基因的表达量从而明晰14-3-3基因与蔗糖磷酸合成酶表达量间的关系。结果显示：1.经生物信息学分析番茄的14-3-3蛋白，电子克隆出了番茄tft11的CDS序列；2.生物信息学手段的预测发现，在番茄的12个14-3-3蛋白成员中（TFT1—TFT12）仅TFT1和TFT10最有可能与Ser被磷酸化的SPS互作而调控蔗糖磷酸合成酶的活性；3.在番茄叶片发育过程中，可溶性糖及淀粉在发育前期（花后0-10d）均出现瞬时积累现象并且己糖含量高于Suc含量，其中Fru含量最高；4.在番茄叶片发育过程中，SS的活性与Glu、Fru、Suc的含量分别呈显著负相关（P<0.05）、显著负相关（P<0.05）、极显著正相关（P<0.01）；AI的活性与Glu、Fru、淀粉的含量分别呈极显著正相关（P<0.01）、极显著正相关（P<0.01）、极显著负相关（P<0.01）；NI与Glu、Fru的含量分别呈显著正相关（P<0.01）、极显著正相关（P<0.01）；5.不同发育时期番茄叶中，tft1的表达量与SPS的表达量呈正相关；tft10的表达量与SPS的表达量呈负相关；6.在番茄果实发育过程中，可溶性糖及淀粉在发育前期（花后0-10d）均出现瞬时积累现象并且己糖含量高于蔗糖含量，其中果糖含量最高；7.在番茄果实发育过程中，SS的活性与Glu、Fru、Suc、淀粉的含量分别呈极显著负相关（P<0.01）、显著负相关（P<0.05）、极显著正相关（P<0.01）、显著正相关（P<0.05）；SPS的活性与蔗糖的含量呈极显著正相关（P<0.01）；NI与Suc含量呈极显著负相关（P<0.01）；8.不同发育时期番茄果实中，tft1的表达量与SS、NI、SPS的活性分别呈极显著正相关（P<0.01）、极显著正相关（P<0.01）、极显著正相关（P<0.01）；tft10的表达量与SS、NI、SPS的活性分别呈显著正相关（P<0.05）、极显著正相关（P<0.01）、极显著正相关（P<0.01）；9.在番茄果实发育过程中，NI和SS在番茄果实发育前期（花后0-10d）的活性较高，主要在该期行使功能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 1.1 蔗糖磷酸合成酶
  • 1.2 蔗糖合酶
  • 1.3 转化酶
  • 1.3.1 酸性转化酶
  • 1.3.2 中性转化酶/碱性转化酶
  • 第二章 番茄 14-3-3 基因家族的生物信息学分析
  • 2.1 材料与方法
  • 2.1.1 材料
  • 2.1.2 方法
  • 2.2 结果与分析
  • 2.2.1 TFT11 和 TFT12 属于番茄 14-3-3 蛋白家族成员
  • 2.2.2 候选序列的筛选
  • 2.2.3 TFT11 的 CDS 鉴定
  • 2.2.4 TFT12 的电子克隆
  • 2.3 小结与讨论
  • 第三章 番茄 14-3-3 蛋白与蔗糖磷酸合成酶（SPS）的互作预测
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 主要数据库和工具
  • 3.1.2 数据搜集
  • 3.1.3 番茄 14-3-3 蛋白理化性质预测
  • 3.1.4 氨基酸序列相似性分析
  • 3.1.5 候选蛋白序列的三维结构预测
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 番茄 14-3-3 蛋白家族的理化性质
  • 3.2.2 氨基酸序列相似性分析
  • 3.3 候选序列的三维结构预测
  • 3.4 讨论
  • 3.5 结论
  • 第四章 不同发育时期番茄叶中 14-3-3 蛋白的表达量与糖含量及相关酶活性的关系
  • 4.1 不同发育时期番茄叶中糖含量的变化
  • 4.1.1 材料与方法
  • 4.1.2 结果与分析
  • 4.1.3 小结
  • 4.2 不同发育时期番茄叶中蔗糖代谢相关酶活性的变化
  • 4.2.1 材料与方法
  • 4.2.2 结果与分析
  • 4.2.3 小结
  • 4.3 不同发育时期番茄叶中相关基因表达量的变化
  • 4.3.1 材料与方法
  • 4.3.2 结果与分析
  • 4.3.3 14-3-3 基因与 SPS 表达量的相关性分析
  • 4.3.4 小结
  • 4.4 不同发育时期番茄叶中相关指标的相关性分析
  • 4.4.1 不同发育时期番茄叶中可溶性糖及淀粉含量与糖代谢相关酶活性的关系
  • 4.4.2 不同发育时期番茄叶中相关基因表达量与糖代谢相关酶活性的关系
  • 4.5 本章讨论
  • 4.5.1 番茄叶中糖分积累与相关酶活性的关系
  • 4.5.2 番茄叶中糖代谢的关键酶
  • 4.5.3 番茄叶发育过程中 14-3-3 基因表达量与糖代谢相关酶活性的关系
  • 第五章 不同发育时期番茄果实中 14-3-3 蛋白的表达量与糖含量及相关酶活性的关系
  • 5.1 不同发育时期番茄果实中糖含量的变化
  • 5.1.1 材料与方法
  • 5.1.2 结果与分析
  • 5.1.3 小结
  • 5.2 不同发育时期番茄果实中蔗糖代谢相关酶活性的变化
  • 5.2.1 材料与方法
  • 5.2.2 结果与分析
  • 5.2.3 小结
  • 5.3 不同发育时期番茄果实中相关基因表达量的变化
  • 5.3.1 材料与方法
  • 5.3.2 结果与分析
  • 5.3.3 14-3-3 基因与 SPS 表达量的相关关系
  • 5.3.4 小结
  • 5.4 不同发育时期番茄果实中相关指标的相关性分析
  • 5.4.1 不同发育时期番茄果实中可溶性糖及淀粉含量与蔗糖代谢相关酶活性的关系
  • 5.4.2 不同发育时期番茄果实中 14-3-3 基因表达量与蔗糖代谢相关酶活性的关系
  • 5.5 本章讨论
  • 5.5.1 可溶性糖及淀粉含量与蔗糖代谢相关酶活性的关系
  • 5.5.2 番茄果实发育过程中蔗糖代谢的关键酶
  • 5.5.3 番茄果实发育过程中 14-3-3 基因表达量与糖代谢相关酶活性的关系
  • 第六章 结论与讨论
  • 参考文献
  • 附录一
  • 附录二 主要名词缩略语
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

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