论文部分内容阅读
脂质代谢物是生物能源贮藏的载体（如三酰甘油）,是植物自身保护物质（蜡质）和逆境反应中信号分子的前体物质,对植物的生长发育、营养物质累积起关键作用。因此深入解析油脂合成、转化和分解的调控机制,鉴定关键脂质调控基因在非生物逆境中的生物学功能,对于增加玉米产量、提高籽粒品质和增强抗性具有重要意义和应用前景。基于前期获得的研究数据,本课题采用全基因组动态关联分析（Liquid association,LA）方法,全基因组范围内鉴定与26个含油量关联基因的表达模式动态关联的候选基因,并筛选到调控多个基因对共表达模式的关键基因ZmNAC77;通过对ZmNAC77进行候选基因关联分析、表达分析、转录激活活性分析和转基因验证,初步探讨该基因在脂代谢和非生物逆境中的生物学功能。主要研究结果如下:1、基于前期的研究结果,以X=26个含油量关联基因,Y=26个含油量关联基因,Z=全基因组基因进行LA分析。在全基因组显著水平下(P<1.89×10-6),共检测到58318对共表达模式动态关联的基因对。对190个热点调控基因进行GO富集分析结果显示,Z基因主要在生物学功能显著富集。重点关注LA绝对值最大的Z基因,该基因编码NAC77蛋白,命名为ZmNAC77。ZmNAC77负调控共表达基因对LACS与DAGL的共表达模式（LA=-0.45,P=1.87E-04）。提取该基因上下游100kb范围内的SNP进行区段关联分析,鉴定到89个与油分含量显著关联的信号,初步验证了该基因参与调控油脂代谢途径。2、构建ZmNAC77基因的crispr和过表达载体,并转入玉米和拟南芥Col-0中。利用GC-MS对拟南芥纯合转基因株系进行脂肪酸含量测定,结果显示过表达ZmNAC77的转基因阳性株系的脂肪酸含量较野生型的脂肪酸含量偏低;并利用ZmNAC77过表达转基因植株对LA结果进行验证,发现基因对LACS与DAGL的表达模式无显著相关性,验证ZmNAC77的负调控作用方式。3、对ZmNAC77的结构特征进行分析发现,ZmNAC77的开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）全长为1983 bp,编码660个氨基酸,其中23个氨基酸组成跨膜结构域;通过对ZmNAC77进行系统进化分析、氨基酸序列分析和蛋白质三级结构预测结果显示,确定ZmNAC77具有NAC转录因子家族的结构特征,与拟南芥中的ANAC072亲缘关系最近。对该基因进行组织表达分析发现,ZmNAC77是非组织特异性表达;生殖生长时期表达量相对较高;与油脂代谢趋势一致,该基因可能参与油脂代谢调控。亚细胞定位表明ZmNAC77定位在细胞膜及细胞核,且不具有酵母自激活活性。进一步研究ZmNAC77在抗逆胁迫中的作用发现,过表达ZmNAC77的转基因植株比野生型具有更强的耐盐抗旱能力,证明ZmNAC77的基因多效性,在植物抗逆途径中也发挥重要作用。