学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于组学的甜橙红肉变异分子机理

作　者: 潘志勇
导　师: 邓秀新
学　校: 华中农业大学
专　业: 果树学
关键词: 甜橙红肉突变体类胡萝卜素蛋白质组转录组比较基因组杂
分类号: S666.4
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 105次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

提高果实品质是我国柑橘生产和销售面临的重要问题。色泽是果实品质构成的重要因素之一。普通柑橘呈现黄色,而红肉突变柑橘品种由于颜色鲜艳和富含高营养价值的番茄红素受到重视,这些红肉突变体同时还是研究类胡萝卜素合成调节的重要材料,因此研究柑橘红肉突变体性状形成机理具有重要的理论和应用意义。本研究以两个柑橘红肉突变体红肉脐橙(Citrus sinensis [L.] Osbeck)和红暗柳橙为研究材料,以对应的野生型做参照,采用组学技术分析了这两个红肉甜橙与其野生型在转录组、蛋白质组、基因组和代谢组四个水平上的差异。主要研究结果如下1.摸索了柑橘不同组织的蛋白质提取方法,发现改良TCA法,TCA结合酚提法以及酚提法分别适合柑橘愈伤组织、叶片和果实的蛋白质的提取。2.采用双向电泳结合MALDI-TOF-TOF质谱技术分析了红暗柳橙和野生型暗柳橙在四个发育时期的果肉蛋白质组差异,鉴定了74个差异表达的蛋白质,这些蛋白质主要参与逆境反应、碳水化合物与能量代谢、调节、蛋白质修饰和降解。有6个抗氧化酶受到突变的影响,酶活分析发现抗氧化酶在红暗柳橙中普遍上调表达。进一步的活性氧处理特异诱导了红暗柳橙汁胞内番茄红素的合成,但对暗柳橙无效应。基因表达分析发现在氧化逆境处理下,番茄红素合成上游的基因在红暗柳橙和暗柳橙的汁胞中普遍上调,但在囊衣中普遍下调。这说明氧化逆境对类胡萝卜素合成具有重要的调节作用,同时也暗示柑橘汁胞和囊衣可能存在不同的类胡萝卜素合成调节机制。3.红暗柳橙和红肉脐橙及其野生型的叶片蛋白质组分析发现参与光合作用的蛋白质在突变体中普遍上调。红肉脐橙和纽荷尔脐橙的果肉蛋白质组鉴定了48个差异表达蛋白质,主要为热激蛋白、抗氧化蛋白、参与逆境反应和碳水化合物与能量代谢的蛋白质。此外,我们探索了相‘橘质体蛋白质组,尽管没有成功,但鉴定了80个新的蛋白质,丰富了柑橘蛋白质组数据。4.采用MPSS技术分析了红肉脐橙和纽荷尔脐橙成熟期果肉的转录表达水平,测序分别获得6099788与5645571条可信序列,对应12482与11784个基因。采用FDR<0.001且差异大于2倍的参数筛选到622个差异表达的基因,其中307个基因在红肉脐橙中上调表达,315个基因下调表达。一些差异表达基因可能与红肉突变性状有关,包括了参与类胡萝卜素代谢与调节、转录因子、转运蛋白、氧化逆境相关的基因。KEGG分析表明共有39个代谢途径包含了3个以上的差异表达基因。其中淀粉与蔗糖代谢所含的基因数目最多,达到10个5.为鉴定红暗柳橙和暗柳橙基因组差异,我们采用SSR, IRAP和AFLP技术分析了两者基因组DNA差异,筛选到两条AFLP多态性片段。我们进一步采用比较基因组杂交(CGH)技术分析了红暗柳橙与暗柳橙基因组的差异,鉴定到25个基因表现基因剂量差异,其中18个基因在红暗柳中拷贝数减少,7个基因拷贝数增加。定量PCR分析验证了基因剂量变异的研究结果,但这些基因的转录水平与其基因剂量没有相关性。本研究说明CGH能有效区分亲缘关系特别近的基因型,这25个潜在的拷贝数变异基因的存在暗示甜橙体细胞变异可能不局限于单个基因的突变,这为芽变表型变异提供了遗传基础。6.采用DART-AccuTOF质谱技术分析了红暗柳橙和暗柳橙果实在三个发育时期的代谢组差异。在DART负模式下鉴定出43种代谢物,17种代谢物在红暗柳橙和暗柳橙间差异表达。这17种差异代谢物包括11种有机酸,其中苹果酸,柠檬酸,喹啉酸,2-糠辑酸和顺乌头酸在红暗柳橙中下降,而乳酸,乙酰乙酸,甘油酸,琥珀酸,萘二羧酸和苯醋酸增加；葡萄糖和蔗糖在红暗柳橙中大幅度增加。DART正模式下的质谱鉴定未表现明显差异。PCA分析发现负模式下检测到的6个样品能很好的被分类,但正模式下则未能。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
缩略词表  12-14
第一章文献综述  14-34
  1 课题提出  14-15
  2 植物类胡萝卜素代谢研究进展  15-23
    2.1 植物类胡萝卜素的生物学意义  15-16
    2.2 植物类胡萝卜素合成调控  16-23
  3 柑橘芽变的研究  23-24
    3.1 芽变的概念及其在柑橘上的应用  23-24
    3.2 柑橘芽变机理研究概况  24
  4 柑橘红肉突变体的研究  24-27
  5 组学技术及其在柑橘上的应用  27-32
    5.1 转录组学  27-28
    5.2 蛋白质组学  28-29
    5.3 比较基因组杂交  29-31
    5.4 代谢组学  31-32
  6 本研究的目的与内容  32-34
第二章甜橙红肉突变体及其野生型的蛋白质组分析  34-76
  1 前言  34-35
  2 材料方法  35-43
    2.1 材料  35
    2.2 方法  35-43
  3 结果  43-70
    3.1 柑橘愈伤、果肉、叶片的蛋白质提取与分离  43
    3.2 红暗柳橙与暗柳橙果肉蛋白质组分析  43-55
    3.3 红暗柳橙与暗柳橙叶片蛋白质组分析  55-57
    3.4 红肉脐橙与纽荷尔脐橙果肉蛋白质组分析  57-63
    3.5 红肉脐橙与纽荷尔脐橙叶片蛋白质组分析  63-66
    3.6 柑橘质体蛋白质组初探  66-70
  4 讨论  70-76
    4.1 蛋白质组学研究中的几个技术性问题  70-71
    4.2 氧化逆境在红肉芽变性状形成中的作用探讨  71-74
    4.3 光合作用在红肉芽变性状形成中的作用探讨  74
    4.4 类胡萝卜素储存调节在红肉芽变中的作用探讨  74-76
第三章红肉突变体红肉脐橙与纽荷尔脐橙的转录组分析  76-90
  1 前言  76
  2 材料方法  76-79
    2.1 材料  76-77
    2.2 MPSS分析  77-78
    2.3 Real-time PCR  78-79
  3 结果  79-86
    3.1 MPSS比较转录组鉴定红肉脐橙与纽荷尔脐橙差异表达基因  79-84
    3.2 几个差异表达基因的Real-time PCR验证  84-86
  4 讨论  86-90
    4.1 参与类胡萝卜素代谢与调控的基因  86-88
    4.2 转录因子  88-89
    4.3 转运蛋白  89
    4.4 氧化逆境相关蛋白  89-90
第四章红暗柳与暗柳甜橙的比较基因组分析  90-104
  1 前言  90-91
  2 材料方法  91-96
    2.1 材料  91
    2.2 方法  91-96
  3 结果  96-100
    3.1 红暗柳橙与暗柳橙DNA的SSR,IRAP与AFLP分析  96
    3.2 红暗柳橙与暗柳橙的Array-CGH分析  96-98
    3.3 Real-time PCR验证  98-100
    3.4 拷贝数变异基因的转录水平与其基因剂量不一致  100
  4 讨论  100-104
    4.1 比较基因组杂交：一种潜在的高效分子标记  100-102
    4.2 拷贝数变异在芽变中的可能作用  102-104
第五章红暗柳与暗柳甜橙的代谢组分析  104-115
  1 前言  104
  2 材料方法  104-105
    2.1 材料  104-105
    2.2 方法  105
  3 结果  105-113
    3.1 负模式下红暗柳橙与暗柳橙果实的质谱鉴定  105-110
    3.2 正模式下红暗柳橙与暗柳橙果实的质谱鉴定  110-113
  4 讨论  113-115
第六章总讨论  115-120
  1 几种组学技术的比较与应用  115-116
  2 柑橘红肉突变机理研究的几条重要线索  116-118
  3 一些有应用潜力的基因  118
  4 未来芽变机理研究设想  118-120
参考文献  120-143
附录Ⅰ 暗柳橙(A),红暗柳橙(B),纽荷尔脐橙(C)和红肉脐橙(D)果实照片  143-144
附录Ⅱ 质体蛋白质组探索中鉴定的暗柳橙蛋白质  144-150
附录Ⅲ 质体蛋白质组探索中鉴定的红暗柳橙蛋白质  150-157
附录Ⅳ MPSS鉴定到的红肉脐橙和纽荷尔脐橙差异表达的基因  157-178
附录Ⅴ MPSS鉴定到的红肉脐橙与纽荷尔脐橙呈现差异的代谢途径  178-180
附录Ⅵ 攻读博士期间发表论文  180-182
致谢  182-183

基于组学的甜橙红肉变异分子机理

内容摘要

全文目录

相似论文