棉花叶绿体RNA编辑位点的测定、分析及机制初探

论文摘要

RNA编辑是转录后RNA成熟过程中的加工和修饰现象,它使得核苷酸发生替换、缺失和插入,从而改变初始转录物的编码信息。这是一种普遍现象,广泛存在于各种生物有机体中高等植物RNA编辑上要发生在叶绿体和线粒体中,是叶绿体基因转录后表达调控的重要方式之一。本研究以双子叶植物棉花（Gossypium hirsutum）为材料,在预测其叶绿体蛋白编码基因RNA编辑位点的基础上,使用PCR及RT-PCR技术测定其编辑位点,进一步运用生物信息学方法对所有编辑位点进行分析,确定棉花叶绿体中可能影响蛋白质功能的重要编辑位点；另外测定并比较中棉系列棉种所有叶绿体蛋白编码基因的RNA编辑位点及芽黄突变体V1的10个叶绿体蛋白编码基因中的编辑位点;此外在棉花中克隆一个PPR基因,并对该基因在不同组织及不同胁迫处理下的表达模式进行分析,取得的主要研究结果如下：1、预测Coker310FR 78个叶绿体蛋白编码基因中的编辑位点共有58个。用PCR、RT-PCR及测序等方法证实了Coker310FR的27个转录本中有54个编辑位点,都为C→U的转变,其中47个发生在密码子第二位,6个在第一位,1个在第三位,编辑偏向于UA类型,增加了疏水氨基酸的比例和蛋白质的保守性。2、利用生物信息学分析棉花54个叶绿体编辑位点对各白蛋白质二级、三级结构的影响,结果表明21个位点的编辑可改变相应蛋白质的二级结构,其中有3个位点还影响蛋白质三级结构,另有4个位点的编辑不影响蛋白质的二级结构,但会改变相应蛋白质的三级结构。表明棉花叶绿体蛋白编码基因中可能有25个编辑位点对其蛋白质的结构和功能很重要。3、测定中棉系列棉种的叶绿体蛋白编码基因都有55个编辑位点,但多个位点编辑效率有差异。测定并比较芽黄突变体V1真叶和子叶的10个叶绿体蛋白编码基因的编辑位点,结果表明34个编辑位点中存在编辑效率的不同。4、采用Genomic-Walking方法在中棉所24（CRRI24）中克隆得到一个长2199 bp的PPR基因,命名为Ghppr1,该基因全长2088 bp,编码695个氨基酸,具有核定位信号,可能为核定位蛋白。检测Ghppr1基因在CRRI 24的不同组织（根、茎、叶、花、胚珠和纤维）的表达模式,结果表明叶中表达量最高,胚珠中次之,其它组织中儿乎不表达。检测Ghppr1在不同胁迫条件下的表达情况,发现该基因对盐、ABA、低温和高温处理都有应答反应,但响应的时间和程度不同,而干旱处理不诱导Ghppr1的表达。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要英文缩写
• 第1章 文献综述
• 1.1 高等植物叶绿体基因组
• 1.1.1 叶绿体简介
• 1.1.2 高等植物叶绿体基因组的一般特征
• 1.1.3 叶绿体基因的转录后加工
• 1.2 RNA编辑
• 1.2.1 RNA编辑概况
• 1.2.2 高等植物的叶绿体RNA编辑
• 1.2.2.1 叶绿体RNA编辑位点的确定方法
• 1.2.2.2 叶绿体RNA编辑的测定现状
• 1.2.2.3 叶绿体RNA编辑的一般特征
• 1.2.2.4 叶绿体RNA编辑发生机制
• 1.2.2.5 叶绿体RNA编辑的生物学功能
• 1.2.2.6 叶绿体RNA编辑的起源进化
• 1.3 棉花叶绿体基因组的研究进展
• 1.3.1 棉花叶绿体基因组的测定
• 1.3.2 棉花叶绿体基因的克隆及功能研究
• 1.3.3 棉花叶绿体的遗传转化研究
• 1.4 本研究的目的及意义
• 第2章 棉种柯字310叶绿体RNA编辑位点的确定
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验方法
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 柯字310编辑位点的预测
• 2.4.2 棉花叶片总DNA和RNA的提取
• 2.4.3 棉种柯字310叶绿体目的基因的扩增
• 2.4.4 柯字310叶绿体蛋白编码基因的编辑位点的确定
• 2.4.5 棉花叶绿体RNA编辑位点的偏好性
• 2.4.6 RNA编辑使疏水性氨基酸增加
• 2.4.7 顺式作用元件的分析
• 2.5 讨论
• 第3章 棉花叶绿体编辑位点的生物信息学分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 蛋白质跨膜结构域的预测分析
• 3.3.2 信号肽的预测分析
• 3.3.3 二级结构的预测与分析
• 3.3.4 三级结构的预测分析
• 3.3.5 编辑位点在蛋白质中的定位预测
• 3.4 讨论
• 第4章 中棉系列棉种及芽黄突变体编辑位点的测定
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 中棉系列棉种目的基因的扩增
• 4.4.2 中棉系列棉种编辑位点的确定
• 4.4.3 中棉系列棉种编辑位点的分析
• 4.4.4 芽黄突变体10个叶绿体蛋白编码基因的扩增及编辑位点的确定
• 4.4.5 芽黄突变体与C310编辑位点的比较
• 4.5 讨论
• 第5章 棉花PPR基因的克隆及表达分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料
• 5.3 实验方法
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 Ghppr1基因的克隆
• 5.4.2 Ghppr1基因核苷酸序列及氨丛酸序列分析
• 5.4.3 GHPPR1的二级结构模型分析
• 5.4.4 Ghppr1基因在不同组织及不同胁迫条件下的表达分析
• 5.5 讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果