论文摘要
本研究以龙眼(Dimocarpus longan Lour.)“红核子”胚性愈伤组织(Embryogenic callus, EC)为材料,对以下8个方面进行研究:①龙眼胚性愈伤组织CDC48基因(cell division cycle 48)cDNA和DNA克隆;②CDC48基因的原核表达;③龙眼胚性愈伤组织CDC48基因的生物信息学分析;④龙眼胚性愈伤组织GPX (glutathione peroxidase)cDNA和DNA克隆;⑤GPX基因的原核表达;⑥龙眼胚性愈伤组织GPX的生物信息学分析;⑦以龙眼UBQ和EF-1a 2个基因共同作为内参基因,利用荧光定量PCR技术分析龙眼体胚发生过程各阶段培养物中龙眼CDC48和GPX基因转录水平表达变化;⑧分析龙眼体胚发生过程各阶段培养物及逆境胁迫处理下龙眼EC GPX活性变化。主要研究结果如下:1.龙眼胚性愈伤组织CDC48基因cDNA和DNA全长的获得以龙眼EC为材料,应用同源克隆结合RACE技术,获得了龙眼胚性愈伤组织CDC48的cDNA全长为为2620 bp,其中5’UTR为17 bp,3’UTR为187 bp,3’端还含有13个poly(A)尾。该序列与登录GenBank的其它植物CDC48基因有很高的同源性。序列分析发现拼接的cDNA含有一个2415 bp的开放阅读框,编码805个氨基酸,ATG为起始密码子、TAG为终止密码子。将此基因命名为DLCDC48,并在GenBank上登录,登录号为EU606206。从DNA水平克隆也得到了龙眼胚性愈伤组织的CDC48基因,并且经测序证实该基因无内含子,在GenBank上登录,登录号为:FJ590953。2.龙眼胚性愈伤组织CDC48基因原核表达根据龙眼EC CDC48全长cDNA的序列分析,在可能的ORF区域设计一对添加限制性内切酶的特异引物,进行ORF片段扩增并将其克隆到表达载体pET-28 a中。将构建好的表达载体在大肠杆菌表达宿主BL21(DE3)中进行融合表达。经过诱导,SDS-PAGE分析发现宿主菌中有一个分子量约为89 kD的新蛋白出现。该诱导表达的蛋白分子量与理论推导龙眼EC CDC48的分子量89.5 kD相近。3.龙眼胚性愈伤组织CDC48基因的生物信息学分析应用生物信息学软件对龙眼胚性愈伤组织CDC48的核苷酸序列和氨基酸序列进行了分析。结果表明: CDC48蛋白的分子量是89564.8 Da,理论等电点pI 4.92,是不具跨膜结构域的亲水性胞质蛋白,不具有信号肽,主要定位在细胞核上,有3个区域最有可能形成卷曲螺旋,由40.87%的a螺旋、15.28%的延伸链和43.85%的不规则卷曲组成,磷酸化位点有39个。保守结构域与功能域分析龙眼CDC48具有两个典型的ATPase模块,以及含有CDC48特有的N端。通过功能的预测与分析,推测与细胞的分裂有关系。通过其氨基酸序列的系统进化树分析,CDC48的进化在一定程度上反应了植物的进化。此外,还对CDC48酶分子三维立体结构等进行了预测和分析。4.龙眼胚性愈伤组织GPX基因cDNA和DNA全长的获得以龙眼EC为材料,应用同源克隆结合RACE技术,获得了龙眼胚性愈伤组织GPX的cDNA全长cDNA全长为947 bp, 5’UTR为195bp,3’UTR为245 bp,区域还含有典型的加尾信号AATAA和poly(A)尾。该序列与登录GenBank的其它植物GPX基因有很高的同源性。序列分析发现拼接的cDNA含有一个504 bp的开放阅读框,编码168个氨基酸,ATG为起始密码子、TAA为终止密码子。将此基因命名为DLGPX,并在GenBank上登录,登录号为EU364813。从DNA水平克隆也得到了龙眼胚性愈伤组织的GPX基因,1736 bp核苷酸序列,有ATG起始密码子和TAA终止密码子,并在GenBank上登陆,登陆号为:EU680970。通过DNAMAN 6.0软件分析,GPX基因由5个外显子和4个内含子组成,所有内含子的剪切位点均符合真核生物GT-AG规则。5.龙眼胚性愈伤组织GPX基因原核表达根据龙眼EC GPX全长cDNA的序列分析,在可能的ORF区域设计一对添加限制性内切酶的特异引物,进行ORF片段扩增并将其克隆到表达载体pET-28 a中。将构建好的表达载体在大肠杆菌表达宿主BL21(DE3)中进行融合表达。经过诱导,SDS-PAGE分析发现宿主菌中有一个分子量约为23 kD的新蛋白出现。本研究所用的酶切位点为SacI和XhoI,把载体上额外翻译的38个氨基酸一起表达。龙眼GPX编码基因产物的理论推导分子量18.54 kD,加上额外翻译的氨基酸理论推导分子量为4.08 KD(38个氨基酸理论推导分子量为39.45 KD),总共为22.62KD,与本研究结果相符。6.龙眼胚性愈伤组织GPX基因生物信息学分析运用生物信息学软件对龙眼胚性愈伤组织GPX基因的核苷酸序列和氨基酸序列进行了分析。结果表明:GPX蛋白的分子量是18541.16Da,理论等电点pI 7.18,是不具跨膜结构域的亲水性胞质蛋白,不具有信号肽,细胞主要定位在细胞质上,有1个区域最有可能形成卷曲螺旋,由27.98%的a螺旋,20.249%的延伸链和51.79%的不规则卷曲组成,磷酸化位点有13个。龙眼胚性愈伤组织GPX氨基酸序列含有PHGPX的两个特征序列,推测所克隆到的可能是GPXs家族中保护膜免受损伤的PHGPX的cDNA序列。此外,还对GPX酶分子三维立体结构等进行了预测和分析。7.龙眼胚性愈伤组织CDC48和GPX基因转录水平表达分析用龙眼胚性培养物中UBQ和EF-1a 2个基因共同作为内参基因,利用荧光定量PCR技术分析龙眼体胚发生过程各阶段培养物龙眼CDC48和GPX基因转录水平表达变化。分析结果显示:龙眼CDC48在体胚发生过程中都有不同程度的表达,其中胚性紧实球形结构阶段表达量最大,其次是胚性愈伤组织,最低的是球形胚;龙眼GPX在体胚发生过程中也均有不同程度的表达,其中胚性紧实球形结构阶段表达量最大,其次是子叶胚,最低的是胚性愈伤组织。8.龙眼体胚发生过程中GPX酶活性变化GPX活性在龙眼体胚发生过程中也均有不同程度的表达,其中胚性紧实球形结构阶段表达量最大,其次是子叶胚,最低的是胚性愈伤组织,这与龙眼体胚发生过程中基因相对定量表达结果是一致的;以龙眼胚性细胞系LC2为材料,研究了在NaCl、光和温度胁迫下龙眼胚性愈伤组织GPX酶活性的变化规律。分析结果显示:在一定逆境胁迫下,细胞内GPX可以起到应答外界刺激的作用,且活性呈规律表达,推测GPX活性变化与胚性细胞抗逆性正相关,是植物在逆境胁迫下防御ROS伤害的主要标志之一。总之,本研究克隆了与体胚发生过程有密切相关的2个基因,进行了表达分析,并比较全面地预测和分析了它们的结构和功能,加深了对龙眼体胚发生机制的理解,为构建龙眼体胚发生的基因网络提供新的资料,为研究龙眼体胚发生过程中的细胞发育调控和活性氧的清除等方面的机理提供有价值的证据,为利用基因工程方法进行龙眼和其它植物胚胎发育调控等方面的遗传改良提供基因资源。
论文目录
摘要Abstract第一章 引言1 植物体细胞胚胎发生的分子生物学研究进展1.1 体细胞胚发生过程中的相关基因的表达1.1.1 细胞周期相关基因1.1.2 体胚发生晚期丰富蛋白(LEA)基因1.1.3 Atgrp-5(glycine-rich protein gene)基因1.2 体细胞胚发生中的特异蛋白质1.2.1 阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)与体胚发育的关系1.2.2 热激蛋白(HSPs)体胚发育的关系1.2.3 体细胞胚发生相关类受体蛋白激酶(SERK)1.2.4 Eps蛋白与体胚发育的关系1.2.5 葡聚糖酶2 植物细胞周期调控及其研究现状2.1 细胞周期简介2.2 细胞周期调控2.2.1 细胞周期蛋白(cyclin)2.2.2 CDK(依赖于细胞周期蛋白的激酶)2.2.3 CDKI(细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子)2.2.4 APC(分裂后期促进因子)2.3 细胞周期的调控过程2.4 CDC48(cell division cycle 48)2.4.1 AAA(ATPase associated with various cellular activities)蛋白的结构2.4.2 CDC48/p97 与泛素依赖蛋白降解途径的关系2.4.3 Cdc48p在细胞内的功能3 植物体内活性氧(ROS)的产生与伤害机理3.1 ROS 的产生机理3.2 ROS 对细胞成分的伤害3.3 活性氧的清除机制3.3.1 超氧化物歧化化酶(SOD)3.3.2 过氧化氢酶(CAT)3.3.3 抗坏血酸过氧化酶(APX)3.3.4 谷胱甘肽过氧化酶(GPX)3.3.5 谷胱甘肽(GSH)3.3.6 抗坏血酸3.4 GPX 的研究现状3.4.1 动物体GPX 的研究现状3.4.2 植物体GPX 的研究进展3.4.3 植物体磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物(PHGPX)4 龙眼生物技术研究进展4.1 龙眼离体器官发生4.2 龙眼体细胞胚胎发生4.3 龙眼基因工程研究进展4.4 龙眼体胚发生的分子生物学研究进展4.5 龙眼体细胞发生过程蛋白质表达研究进展5 本研究主要内容及意义5.1 主要研究内容5.1.1 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因克隆及表达5.1.2 龙眼胚性愈伤组织 GPX 基因克隆及表达5.2 本研究意义第二章 龙眼胚性愈伤组织CDC48基因克隆及生物信息学分析第一节 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因克隆1 材料与方法1.1 材料1.1.1 供试材料1.1.2 供试菌种1.1.3 仪器和试剂1.2 方法1.2.1 龙眼胚性愈伤组织总RNA 的提取方法和浓度检测1.2.2 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因cDNA 第一次保守区的克隆1.2.3 龙眼胚性愈伤组织 CDC48 基因第二次保守区扩增1.2.4 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因cDNA 的3′RACE1.2.5 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因的cDNA 的5′RACE 扩增1.2.6 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因cDNA 的全长开放阅读框(ORF)的克隆1.2.7 序列拼接1.2.8 全长序列分析2 结果与分析2.1 龙眼胚性愈伤组织总RNA 提取纯度与浓度检测2.2 龙眼胚性愈伤组织CDC48 cDNA 第一次保守区的克隆2.3 龙眼胚性愈伤组织CDC48 cDNA 第二次保守区的克隆2.4 龙眼胚性愈伤组织CDC48 的cDNA 的3' RACE 克隆结果2.5 龙眼胚性愈伤组织CDC48 的cDNA 的5' RACE 克隆结果2.6 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因全长序列拼接结果2.7 龙眼胚性愈伤组织CDC48 cDNA 的ORF 克隆结果2.7.1 3 个片段的扩增2.7.2 1+2 片段(1 号片段和2 号片段)与3 号片段连接2.8 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因序列分析2.8.1 核苷酸序列同源性比较2.8.2 龙眼 CDC48 编码基因开放阅读框氨基酸序列分析3 讨论3.1 关于利用RACE 的方法克隆龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因的难点分析3.2 龙眼胚性愈伤组织CDC48 可能是AAA 蛋白家族成员之一3.3 CDC48 基因在龙眼体胚发生中的作用第二节 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因原核表达1 材料与方法1.1 材料1.1.1 供试材料1.1.2 供试菌种和载体1.1.3 试剂1.2 方法1.2.1 龙眼CDC48 基因表达载体的构建1.2.2 重组质粒的诱导表达以及SDS-PAGE 分析2 结果与分析2.1 PET28a-CDC48 表达载体构建2.2 重组质粒 PET28a-CDC48 原核表达分析3 讨论3.1 关于温度对原核表达的影响3.2 龙眼 CDC48 基因原核表达在生产上的意义第三节 龙眼胚性愈伤组织CDC48 DNA 全长的克隆1 材料与方法1.1 供试材料1.2 仪器与试剂1.2.1 主要试验试剂1.2.2 主要溶液的配制1.3 方法1.3.1 龙眼胚性愈伤组织总 DNA 的提取方法1.3.2 龙眼胚性愈伤组织基因组DNA 检测1.3.3 龙眼胚性愈伤组织基因组DNA CDC48 基因全长(ORF)PCR 扩增2. 结果与分析2.1 龙眼胚性愈伤组织基因组DNA 的提取的效果2.2 3 个片段的扩增和3 个片段连接的扩增结果2.2.1 3 个片段的扩增结果2.2.2 3 个片段连接的扩增结果2.3 龙眼 CDC48 编码基因内含子分析3 讨论3.1 交错延伸 PCR 技术的应用3.2 龙眼胚性愈伤组织 CDC48 基因 DNA 全长获得的意义第四节 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因的生物信息学分析1. 材料与方法1.1 材料1.2 方法2 结果与分析2.1 蛋白质理化性质预测与分析2.2 同源蛋白质家族比较分析2.3 龙眼 CDC48 信号肽的预测和分析2.4 龙眼CDC48 亚细胞定位预测与分析2.5 龙眼 CDC48 蛋白的跨膜结构预测与分析2.6 龙眼 CDC48 蛋白卷曲螺旋结构的预测与分析2.7 龙眼 CDC48 蛋白质二级结构预测与分析2.8 龙眼CDC48 磷酸化位点预测与分析2.9 龙眼 CDC48 保守结构域与功能域分析2.10 龙眼CDC48 其他功能点预测和分析2.11 龙眼CDC48三维结构的预测和分析2.12 龙眼CDC48 分子系统发育预测与分析2.13 龙眼CDC48 基因功能的预测与分析3 讨论3.1 关于生物信息学重要性和准确性3.2 用生物信息学推测龙眼 CDC48 在体胚中的作用机理第三章 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因克隆及生物信息学分析第一节 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因cDNA 克隆1 材料与方法1.1 材料1.1.1 供试材料1.1.2 供试菌种1.1.3 仪器和试剂1.2 方法1.2.1 龙眼愈伤组织总RNA 的提取方法和浓度检测1.2.2 龙眼愈伤组织GPX 基因cDNA 保守区的克隆1.2.3 龙眼愈伤组织GPX 基因cDNA 的3′RACE1.2.4 龙眼愈伤组织GPX 基因cDNA 的5' RACE1.2.5 龙眼愈伤组织GPX 基因cDNA 全开放阅读框的克隆1.2.6 全长序列拼接1.2.7 全长序列分析2 结果与分析2.1 龙眼胚性愈伤组织总RNA 提取纯度与浓度检测2.2 龙眼胚性愈伤组织GPX 的cDNA 的保守区的克隆2.3 龙眼胚性愈伤组织GPX 的cDNA 的3' RACE 的克隆2.4 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因cDNA 的5' RACE 的克隆2.5 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因全长序列拼接2.6 龙眼胚性愈伤组织中 GPX 的cDNA 的ORF 扩增结果2.7 龙眼胚性愈伤组织中GPX 基因序列分析2.7.1 核苷酸序列同源性比较2.7.2 龙眼 GPX 编码基因开放阅读框氨基酸序列分析2.8 推测龙眼胚性愈伤组织GPX 基因是PHGPX 基因2.8.1 多重序列分析推测2.8.2 保守结构域与功能域分析推测3 讨论3.1 植物谷胱甘肽过氧化物酶的作用3.2 关于GPX 与PHGPX 的关系3.3 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因具有作为抗逆性基因工程的目的基因可能性第二节 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因原核表达1 材料与方法1.1 材料1.1.1 供试材料1.1.2 供试菌种和载体1.1.3 试剂1.2 方法1.2.1 龙眼GPX 基因表达载体的构建1.2.2 重组质粒的诱导表达以及 SDS-PAGE 分析2 结果与分析2.1 pET28a-GPX 表达载体构建2.2 重组质粒 PET28a-GPX 原核表达分析3 讨论第三节 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因 DNA 全长克隆1 材料与方法1.1 供试材料1.2 仪器与试剂1.2.1 主要试验试剂1.2.2 主要溶液的配制1.3 方法1.3.1 龙眼愈伤组织总 DNA的提取方法1.3.2 龙眼 EC基因组 DNA检测1.3.3 龙眼 EC 基因组 DNA GPX 基因全长 PCR 扩增2. 结果与分析2.1 龙眼胚性愈伤组织基因组DNA 的提取的效果2.2 PCR 扩增反应程序建立和Taq 酶的筛选2.3 龙眼 GPX 编码基因内含子分析2.4 龙眼 GPX 核苷酸序列同源性比较3 讨论3.1 GPX 内含子的功能3.2 龙眼与其近缘属果树荔枝GPX 的内含子具有高度相似性第四节 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因的生物信息学分析1. 材料与方法1.1 材料1.2 方法2 结果与分析2.1 蛋白质理化性质预测与分析2.2 与同源蛋白质家族比较分析2.3 龙眼GPX蛋白的亲疏水特性预测与分析2.4 龙眼GPX信号肽的预测和分析2.5 龙眼GPX亚细胞定位预测与分析2.6 龙眼GPX 蛋白的跨膜结构预测与分析2.7 龙眼GPX蛋白卷曲螺旋结构的预测与分析2.8 龙眼GPX 蛋白质二级结构预测2.9 龙眼GPX磷酸化位点预测与分析2.10 龙眼GPX 其他功能点预测和分析2.11 龙眼GPX 三维结构的预测和分析2.12 龙眼GPX氨基酸序列的分子系统进化预测与分析2.13 龙眼GPX 基因功能的预测与分析3 讨论3.1 分子系统进化分类与传统分类的关系3.2 龙眼GPX在体胚中的作用机理的生物信息学预测第四章 龙眼体胚发生过程中CDC48 和GPX 基因表的荧光定量PCR 分析第一节 龙眼体胚发生过程中 CDC48 基因表达分析1 材料和方法1.1 材料1.2 主要试剂和仪器1.3 方法1.3.1 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物同步化培养1.3.2 总RNA 提取以及纯度、完整性鉴定1.3.3 cDNA 合成1.3.4 实时荧光定量PCR 条件优化和实时定量2 结果与分析2.1 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物材料的获得2.2 龙眼体胚发生不同阶段培养物总 RNA 提取2.3 荧光实时PCR 扩增参照基因和CDC48 基因的参数分析2.4 龙眼体胚发生过程中CDC48 基因相对定量表达分析3 讨论3.1 CDC48 在龙眼体胚发生过程中的作用3.2 影响荧光定量PCR 效果的重要因素第二节 龙眼体胚发生过程中 GPX 基因表达分析1 材料和方法1.1 材料1.2 主要试剂和仪器1.3 方法1.3.1 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物同步化培养1.3.2 总RNA 提取以及纯度、完整性鉴定1.3.3 cDNA 合成1.3.4 实时荧光定量PCR 条件优化和实时定量2 结果与分析2.1 荧光实时PCR 扩增参照基因和GPX 基因的参数分析2.2 龙眼体胚发生过程中GPX 基因相对定量表达分析3 讨论3.1 GPX 基因在龙眼体胚发生过程中作用3.2 龙眼发生过程中不同阶段胚性培养物GPX 与APX 的关系第五章 龙眼体胚发生过程中 GPX 活性变化第一节 龙眼体胚发生过程中GPX 活性变化1 材料与方法1.1 供试材料1.2 主要试剂的配制1.3 主要仪器1.4 方法1.4.1 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物同步化培养1.4.2 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物的蛋白质测定、GPX 粗酶液制备及GPX 酶活性测定2 结果与分析2.1 GSH 标准曲线2.2 龙眼体胚发生过程中不同阶段胚性培养物GPX 活性的变化3 讨论3.1 关于龙眼GPX 在体胚发生过程中的作用3.2 关于温度对龙眼GPX 活性的影响第二节 NaCl、光和温度胁迫对龙眼胚性愈伤组织GPX酶活性的影响1 材料与方法1.1 供试材料1.2 方法1.2.1 龙眼胚性愈伤组织的盐胁迫处理1.2.2 龙眼胚性愈伤组织的光胁迫处理1.2.3 龙眼胚性愈伤组织的温度胁迫处理1.2.4 龙眼EC 中蛋白质测定、GPX 粗酶液制备及GPX 酶活性测定2 结果与分析2.1 NaCl 胁迫下龙眼EC 的GPX 活性变化2.2 光胁迫下龙眼 EC 的 GPX 活性变化2.3 温度胁迫下龙眼 EC 的 GPX 活性变化3 讨论3.1 关于GPX 在胁迫中的作用3.2 关于GPX 与胁迫的强度和持续时间的关系第六章 小结1 本研究的主要结论1.1 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因cDNA 和DNA 全长的获得1.2 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因原核表达1.3 龙眼胚性愈伤组织CDC48 基因的生物信息学分析1.4 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因cDNA 和DNA 全长的获得1.5 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因原核表达1.6 龙眼胚性愈伤组织GPX 基因生物信息学分析1.7 龙眼胚性愈伤组织CDC48 和GPX 基因转录水平表达分析1.8 龙眼体胚发生过程中GPX 酶活性变化2 本研究的创新之处参考文献附录1 龙眼CDC48 基因(cDNA)序列登录GenBank 信息附录2 龙眼CDC48 基因(DNA)序列登录GenBank 信息附录3 龙眼GPX 基因(cDNA)序列登录GenBank 信息附录4 龙眼GPX 基因(DNA)序列登录GenBank 信息附录5 龙眼CDC48 基因cDNA 全长的blast 分析结果(部分)附录6 龙眼GPX 基因cDNA 全长的blast 分析结果(部分)附录7 龙眼CDC48基因编码产物三级结构预测附录8 龙眼GPX 基因编码产物三级结构预测附录 9 PET-28a 载体在学博士期间发表论文情况与参加学术会议情况致谢
相关论文文献
- [1].龙眼体胚CDC48基因的克隆、原核表达及其在体胚发生过程中的表达分析[J]. 热带亚热带植物学报 2014(03)
- [2].去泛素酶复合体Ubp3/Bre5的制备及与Cdc48作用(英文)[J]. 深圳大学学报(理工版) 2015(01)
标签:龙眼论文; 体细胞胚胎发生论文; 基因克隆论文; 原核表达论文; 实时荧光定量论文;
龙眼体胚发生过程中的CDC48和GPX基因克隆与表达
下载Doc文档