不同玉米自交系ZmNAS1和ZmNAS2基因和启动子的克隆与序列分析

不同玉米自交系ZmNAS1和ZmNAS2基因和启动子的克隆与序列分析

论文摘要

铁是植物生长发育过程中必须营养元素之一,在干旱半干旱的石灰性土壤上,铁素主要以不溶性难被植物吸收的固态形式存在,所以缺铁现象较为普遍。玉米等禾本科植物能够由根系分泌麦根酸类物质,也叫植物铁载体来活化螯合土壤中难以被植物吸收利用的铁,使之易于被植物吸收利用,从而解决自身铁营养缺乏问题。在植物铁载体合成过程中,烟酰胺合成酶(NAS)是这一过程的限速酶。本研究的主要研究结果如下:1、克隆了24份玉米自交系ZmNAS1和ZmNAS2基因编码区序列,并分析了材料间基因的多态性。24份材料间ZmNAS1基因编码区DNA序列的一致性为99.43%,共有38个变异位点,约占总位点数的3.9%,平均26 bp有一个变异位点;其中单一信息位点16个,简约信息位点22个;无插入和缺失。氨基酸同义突变17个,错义突变21个。ZmNAS1基因编码区核苷酸多样性PI值为0.00884,单倍型多样性(HD)为0.938±0.00155,24条序列共定义了17种单倍型。24份材料间ZmNAS2基因编码区DNA序列的一致性为99.16%;共发现变异位点60个,占总位点数的1.66%,平均30 bp一个变异位点,其中单变异位点9个,简并位点51个,无插入和缺失;氨基酸同义突变35个,错义突变25个。ZmNAS2基因编码区核苷酸多样性PI值为0.01191,24条序列共定义了17种单倍型,单倍型多样性指数(HD)为0.964±0.00057。与前人研究相比,总的来说,两个ZmNAS基因编码区的单核苷酸变异率较高。ZmNAS1基因较ZmNAS2相比,存在较多的低频SNP。2、克隆了24份材料ZmNAS1基因启动子序列,分析了材料间的多态性。相同引物所扩增的24份材料ZmNAS1基因启动子区的相似度92.05%,扩增序列最长为2315bp,最短为1741 bp,单一信息位点5个,简约信息位点65个;缺失插入位点9个,共574bp。核苷酸多样性指数(PI)为0.01359。共定义了13种单倍型,单倍型多样性指数(HD)值为0.917。与编码区相比,启动子变异更活跃。3、通过Tajima’s D值与Fu和Li’s D*与F*值进行中性检测,结果表明:ZmNAS1基因编码区及启动子与ZmNAS2基因编码区在群体中均未偏离中性进化,说明它们的变异受自然选择影响较小。4、利用生物信息学软件对ZmNAS1和ZmNAS2基因启动子元件进行分析预测并比较材料间差异。结果表明:ZmNAS1和ZmNAS2基因启动子均具有一些与光调控、激素诱导、响应逆境胁迫等有关的顺式作用元件,但在基因间与材料间元件的种类和数目存在一定差异;此外,不同类材料的两个基因启动子上都有一定数目的缺铁诱导元件的核心序列。根据启动子元件分析,初步判断ZmNAS1和ZmNAS2基因除受缺铁诱导表达外,还可能受到其它多种信号的共同调控,是一个复杂的调控过程。基因启动子在不同材料间差异,推测基因在不同材料间受到的表达调控水平也不相同。5、利用扩增玉米自交系ZmNAS1基因编码区序列的引物对水稻、高粱、大麦、小麦、黑麦、燕麦、青稞等作物的ZmNAS1基因编码区进行了同源克隆。包括玉米,8种禾本科植物的NAS1基因DNA编码区序列一致性高达99.58%,甚至超过了24份玉米自交系材料之间的一致性,说明NAS1基因在种属间进化比较保守。出现的一些变异位点也出现在不同的玉米自交系之间,这说明这些变异位点的在种属分化之前就已存在。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 1 引言
  • 1.1 植物体内铁素的生理生化功能
  • 1.1.1 铁作为多种酶的重要组成成分参与氧化还原反应和电子传递
  • 1.1.2 铁参与光合作用和叶绿素的合成
  • 1.2 植物吸收铁的机理研究进展
  • 1.2.1 机制Ⅰ型植物铁吸收机理及相关基因
  • 1.2.2 机制Ⅱ型植物铁吸收机理及相关基因
  • 1.3 植物启动子的研究进展
  • 1.3.1 植物启动子的基本结构
  • 1.3.2 启动子的种类
  • 1.3.3 缺铁诱导相关的转录因子及结合元件
  • 1.4 单核苷酸多态性在分子遗传学的应用
  • 1.4.1 遗传多样性分析
  • 1.4.2 基于SNP 的生物进化分析
  • 1.4.3 SNP 用作遗传标记
  • 1.4.4 与性状相关基因的定位
  • 1.5 本研究目的与意义
  • 2 试验材料与方法
  • 2.1 材料与试剂
  • 2.2 方法
  • 2.2.1 DNA 提取液的配制(CTAB 法)和提取步骤
  • 2.2.1.1 DNA 提取液的配制
  • 2.2.1.2 DNA 提取步骤
  • 2.2.2 ZmNAS 基因的扩增
  • 2.2.3 PCR 扩增产物回收
  • 2.2.4 PCR 产物的连接
  • 2.2.5 大肠杆菌感受态细胞的制备
  • 2.2.6 PCR 产物的转化
  • 2.2.7 菌落 PCR 检测
  • 2.2.8 质粒DNA 提取方法(碱裂解法)
  • 2.2.9 序列测序与分析
  • 3 结果与分析
  • 3.1 基因组DNA 的提取
  • 3.2 不同材料间ZmNAS1 基因多样性分析
  • 3.2.1 不同材料间ZmNAS1 基因编码区DNA 序列多样性分析
  • 3.2.2 不同材料间ZmNAS1 基因氨基酸多样性分析
  • 3.2.3 不同材料间ZmNAS1 基因编码区DNA 序列的聚类分析
  • 3.3 不同种属材料间NAS1 基因编码区的聚类分析
  • 3.4 不同材料间ZmNAS2 基因编码区多样性分析
  • 3.4.1 不同材料间ZmNAS2 基因编码区DNA 序列多样性分析
  • 3.4.2 不同材料间ZmNAS2 基因氨基酸序列多样性分析
  • 3.4.3 不同材料的ZmNAS2 基因编码区DNA 序列的聚类
  • 3.5 ZmNAS1 基因启动子多样性分析
  • 3.5.1 ZmNAS1 基因启动子多样性
  • 3.5.2 不同材料间ZmNAS1 基因启动子聚类分析
  • 3.6 不同材料ZmNAS1 基因启动子和ZmNAS2 基因启动子的分析
  • 3.6.1 不同材料ZmNAS1 基因启动子的元件分析
  • 3.6.2 ZmNAS2 基因启动子的元件分析
  • 3.6.3 ZmNAS1 和ZmNAS2 基因启动子的比较
  • 4 讨论
  • 4.1 ZmNAS 基因多态性的比较
  • 4.2 ZmNAS 基因多态性与中性进化
  • 4.3 启动子结构的差异
  • 4.4 重复序列与回文结构的意义
  • 5 结论
  • 5.1 ZmNAS1 基因编码区的多态性
  • 5.2 ZmNAS1 基因启动子的多态性
  • 5.3 ZmNAS2 基因编码区的多态性
  • 5.4 ZmNAS1 基因和ZmNAS2 基因启动子分析
  • 5.5 不同作物中ZmNAS 基因编码区的比较
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 硕士期间论文情况
  • 硕士学位论文内容简介及自评 学
  • 相关论文文献

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