摘要
萜类化合物是广泛于存在自然界的一种天然产物，在植物的生长发育和对环境的适应性方面起着重要的作用。萜类化合物在植物中主要通过两种途径合成，细胞质中的MVA途径和质体中的MEP途径。MVA途径第一个重要的限速酶是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)，在细胞质萜类化合物生物合成过程中起着关键作用。前人研究表明，HMGR基因在雷蒙德氏棉中发生了扩增，但是HMGR基因家族在棉属植物中的特征和进化还不明确。基于棉属中多个棉种已完成全基因组测序，本研究从全基因组水平对雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉HMGR基因家族进行鉴定和比较分析，为进一步解析棉属植物细胞质萜类化合物合成提供了有用的信息。主要结果如下: 1、利用棉属的基因组数据，在雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉中分别鉴定出9、9和18个HMGR基因，同时也鉴定了棉属MVA途径中其它基因，结果表明只有HMGR基因发生了显著的扩增，且均存在一个包括四个紧密相邻基因的HMGR基因簇。 2、对雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉中HMGR基因的系统发育关系、染色体定位、基因结构和蛋白保守结构域进行了分析。结果表明，在雷蒙德氏棉和亚洲棉的祖先种中发生了片段复制和串联复制，导致了HMGR基因的扩增和基因簇的出现，且HMGR基因簇在棉属的进化过程中非常保守。 3、在亚洲棉和陆地棉中分别鉴定出一个假基因GaHMGR1和GhHMGR1A，这两个假基因是在第一个外显子相同的位置缺失了10个碱基，导致移码突变，提前出现终止密码子(TGA)，无法翻译成功能蛋白质。通过在多个棉种中鉴定该假基因，推测这个假基因在棉种驯化过程中从A基因组野生种传递到了A基因组栽培种中，又在多倍体化过程中从A基因组传递到了A亚基因组中。 4、利用荧光定量PCR技术分析了GaHMGR1、GhHMGR1A和GhHMGR1D在棉花不同组织中的表达水平。结果显示这三个基因都存在组织特异性表达模式，两个假基因GaHMGR1和GhHMGR1A都在花瓣中表达量最高，GhHMGR1D在子叶中的表达水平最高，GhHMGR1D的表达模式和假基因GhHMGR1A大体上相似。推测假基因可能在调节其它HMGR基因方面起着重要作用，但还需进一步实验证明。
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