唇形亚纲植物DFR基因的生物信息学分析与分子进化研究

论文摘要

花色素苷是植物体内非常重要的一大类次生代谢物质,常见的有花葵色素苷、花青色素苷和花翠色素苷3种,它们是花色的主要决定因素。在花色素苷合成途径中,DFR是将二氢黄酮醇转变为花色素反应的第一个酶,在NADPH的参与下,DFR将3种二氢黄酮醇—DHM、DHQ和DHK还原为相应的无色花色素,DFR对底物的特异性和不同的表达水平,是导致植物花瓣和果实呈现不同颜色的主要原因。在本文中,我们通过生物信息学的方法对已有的唇形亚纲植物DFR的理化性质、结构与功能的关系以及进化模式等进行了全面地、系统地研究,主要结论如下：1)唇形亚纲植物DFR均为酸性蛋白,且表现为亲水性。裂叶牵牛、圆叶牵牛和甘薯DFR属于不稳定类蛋白质,矮牵牛、番茄、马铃薯、银杯草、旋花、金鱼草、夏堇、金钟花、紫苏、洋桔梗和龙胆DFR为稳定类蛋白质。2)金鱼草DFR含45个氨基酸的转运肽,矮牵牛DFR含8个氨基酸的转运肽。洋桔梗DFR存在18个氨基酸的信号肽,甘薯DFR存在36个氨基酸的信号肽。银杯草、金钟花、洋桔梗和龙胆的DFR横跨膜内外。3)唇形亚纲植物DFR都含有一个NADBRossmann superfamily保守结构域和coiled-coil结构。4)唇形亚纲植物DFR的二级结构由α-螺旋、p-转角、延伸链和无规则卷曲组成,α-螺旋和无规则卷曲是DFR的主要二级结构元件。DFR的三级结构分为两个部分,松散C-末端和致密球状结构。5)唇形亚纲植物DFR基因间保持着较高的同源性和一致性,存在一定的密码子偏好性,唇形亚纲植物DFR基因都在各自的有机体内高表达。6)根据唇形亚纲植物DFR蛋白质序列而构建的系统发育树对判断不同物种间的亲缘关系有一定的借鉴意义。7)唇形亚纲植物DFR基因在进化过程中主要经历了纯化选择性压力,并且在进化分支上经历了相同的选择性压力。8)唇形亚纲植物DFR基因的进化速率没有显著差异,平均进化速率为（0.70±0.21）×10-9替换数/位点/年。9)裂叶牵牛和圆叶牵牛间的分歧时间约为：11.3±3.3MYA；洋桔梗和龙胆间的分歧时间约为：69.3±21.2 MYA；金鱼草和紫苏间的分歧时间约为：89.8±26.9 MYA。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 花色素苷在植物体内的生理作用
• 1.3 花色素苷的实用价值
• 1.3.1 花色素苷的药用价值
• 1.3.2 花色素苷在食品工业上的应用
• 1.4 花色素苷的合成途径
• 1.4.1 查耳酮合成酶
• 1.4.2 苯基苯乙烯黄烷酮异构酶
• 1.4.3 黄烷酮-3-羟化酶
• 1.4.4 黄烷酮-3'-羟化酶和黄烷酮-3'5'-羟化酶
• 1.4.5 二氢黄酮醇-4-还原酶
• 1.4.6 花色素合成酶
• 1.4.7 类黄酮3-O-糖基转移酶
• 1.5 调控基因对花色素苷合成的影响
• 1.6 环境因子对花色素苷合成的影响
• 1.6.1 光照的影响
• 1.6.2 温度的影响
• 1.6.3 pH值的影响
• 1.7 外源化学物质对花色素苷合成的影响
• 1.7.1 有机物的效应
• 1.7.2 植物生长调节剂的效应
• 1.7.3 矿质元素的效应
• 1.8 唇形亚纲植物
• 1.9 本次研究的目的和技术路线总结
• 第二章 唇形亚纲植物DFR基因的生物信息学分析
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 基因的G+C含量分析
• 2.3.2 基因的开放阅读框、组成成分和理化性质分析
• 2.3.3 细胞定位、转运肽、信号肽和跨膜结构域分析
• 2.3.4 亲水性/疏水性分析
• 2.3.5 功能结构域和coiled-coil结构分析
• 2.3.6 二级结构分析
• 2.3.7 三级结构分析
• 2.3.8 磷酸化位点分析
• 2.3.9 基因的酶切图谱分析
• 2.4 讨论
• 第三章 唇形亚纲植物DFR基因的分子进化研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 同源性和一致性分析
• 3.3.2 密码子适应指数分析
• 3.3.3 多序列比对和系统发育分析
• 3.3.4 选择性压力分析
• 3.3.5 进化速率分析
• 3.4 讨论
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果