甜瓜TCP转录因子基因家族鉴定与表达分析

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：甜瓜是重要的葫芦科作物，具有重要的经济价值和营养价值，分布广泛，栽培历史悠久，是世界十大水果之一，但目前我国甜瓜产业普遍存在品种更新滞后、优质品种匮乏、结构单一的缺点，且植株生长发育过程中还极易受到胁迫和遗传等因素的影响，因此加强甜瓜植株生长发育调控机制的基础研究对甜瓜产业未来的发展具有重要意义。研究表明TCP转录因子家族在调控植株生长发育的整个过程中扮演着各种重要角色，不仅调控茎的分枝、花的发育、叶的发育、侧根发育、果实成熟、种子的萌发等，还在激素信号的响应，生物和非生物胁迫等方面发挥作用。本研究通过对甜瓜TCP转录因子家族进行生物信息学分析，了解其蛋白质特征、染色体定位、蛋白质二级和三级结构、亚细胞定位、基因结构和保守基序、进化树构建、顺式作用元件、GO富集、蛋白互作网络、miRNA预测以及基因表达模式等，为研究TCP家族基因在甜瓜生长发育过程中的功能提供理论依据，也为甜瓜功能基因的挖掘和利用奠定基础，更为后期甜瓜植株分枝发育的进一步深入研究打下理论基础。本研究的主要结果如下： 1.在甜瓜全基因组中筛选最终得到29个含有典型的TCP结构域的非冗余的TCP家族成员，不均等地分布在甜瓜的9条染色体上，氨基酸序列长度为61-600aa，并根据基因在染色体上的物理位置和拟南芥TCP基因的命名法为其命名。利用ExPASy工具对甜瓜TCP家族基因成员的蛋白理化性质分析，结果显示29个CmTCP蛋白的分子量和分子等电点均存在较大差异，86.21%的CmTCP蛋白等电点PIgt;7，多为碱性蛋白；93.31%的CmTCP蛋白为不稳定蛋白，CmTCP蛋白均属于亲水性蛋白。蛋白的跨膜结构和信号肽的预测结果表明，甜瓜CmTCP家族蛋白成员中，只有CmTCP17具有跨膜结构和信号肽。磷酸化位点预测分析表明，CmTCP家族蛋白成员磷酸化位点数量存在一定的差异，除CmTCP4外，余下成员磷酸化位点的数量均是丝氨酸gt;苏氨酸gt;酪氨酸。亚细胞定位预测分析结果显示，只有CmTCP4定位在细胞质中，剩余CmTCP都定位在细胞核中。蛋白质的二级结构和三级结构预测的结果相吻合，分析结果都表明甜瓜TCP家族蛋白的主要结构元件是无规则卷曲。 2.为确定甜瓜TCP家族基因成员的系统发育关系，将其与西瓜、黄瓜、拟南芥TCP家族基因通过多序列比对构建系统发育进化树，根据聚类结果分析得出，甜瓜TCP基因家族被分为两个亚族，ClassⅠ亚家族和ClassⅡ亚家族，根据保守结构域进一步将ClassⅡ亚家族分为CYC和CIN两个亚组。 3.基因结构分析得出，甜瓜TCP基因结构都比较简单，含有1-2个外显子，同一亚组的CmTCP基因的基因结构没有明显差异，不同亚组间基因结构存在差异。保守基序分析表明，29个甜瓜TCP基因均含有motif1，但不同亚组之间均含有不同种类的基序和基序组合，可作为区分不同亚组的标志依据。 4.顺式作用元件分析结果显示甜瓜TCP家族基因主要含有光响应相关、生长调节相关、以及激素和胁迫相关的元件。GO富集分析表明甜瓜TCP家族基因主要涉及器官发育、分枝发育、叶的发育，芽体系形成等生长发育过程的调控，以及对激素和外界刺激的响应调控等。 5.蛋白互作网络分析结果表明，同亚组CmTCP蛋白的互作蛋白相同，且不仅与同一家族之间蛋白相互作用，还可以与同一亚组蛋白相互作用，还能与其他蛋白相互作用。CmTCP基因的miRNA预测分析，得到25个miRNA对应的13个靶基因，miRNA可能在甜瓜TCP基因参与调控的生理生化代谢过程中发挥着重要作用。 6.通过甜瓜基因组数据库的转录组数据分析发现，26个CmTCP基因在甜瓜的5个组织中表达，基因在组织中的表达存在显著差异。同一亚组的基因在同一组织中的表达模式高度相似，不同亚组的基因在组织中的表达存在着差异，表明同亚组基因具有相似的基因功能，而某些基因只在特定组织中才表达，说明CmTCP基因既具有不同的分工表达，又有组织特异性表达。本研究通过qRT-PCR分析，结果显示CmTCP-CYC/TB1亚组成员在2个材料的6个组织中均有不同程度的差异性表达，其中所有基因都能在茎组织中被检测到表达。本研究的结果也为进一步研究甜瓜TCP基因在甜瓜中的功能提供重要的线索和依据。

作者：

李海伦

展开 >

关键词：

甜瓜 TCP转录因子家族生物信息学分析基因表达

授予学位：

硕士

学科专业：

农艺与种业(园艺)

导师：

杨森

学位年度：

2022

学位授予单位：

河南农业大学

语种：

中文

中图分类号：