油椰子NAC基因家族特征及其在非生物逆境胁迫下的表达分析

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NAC家族成员数量众多,是一种植物所特有的且主要存在于陆生植物中的转录因子家族,在植物生长发育过程中发挥了多种生物功能,例如参与植物激素应答、响应多种逆境胁迫反应等。本文以中国热带农业科学院椰子研究所培育的海南本地油椰子(Elaeis guineensis)幼苗为研究材料,以油椰子中的NAC转录因子家族为研究对象进行了研究。开展了生物信息学分析、实时定量PCR分析及其发生的选择性剪切分析等三个方面来研究其结构特点和生物学功能。主要实验内容如下:1.多重序列比对、构建系统发生树,对中国热带农业科学院椰子研究所生物技术研究室测序所得的82个油椰子NAC基因序列进行搜索比对获得基因组全长序列,之后进行序列比对并构建系统发生树。结果显示82个油椰子NAC转录因子可分为Ⅰ-Ⅵ共6个亚家族,每个亚家族也各有不同。其中第Ⅰ亚家族所包含的油椰子NAC基因最多,有28个,占全部基因的34.15%;第V亚家族所包含的油椰子NAC基因最少,只有6个,占全部基因的7.32%。对82个油椰子NAC基因的蛋白氨基酸序列进行保守区域搜索,确定所有油椰子NAC基因的蛋白全部为NAM超家族蛋白并且都具有特异性的NAM保守结构域,所有序列结构域模型均为pfam02365模型,区域靠近N端,符合NAC转录因子N端高度保守的特点。对82个油椰子NAC基因进行结构分析、染色体定位。2.对通过PCR扩增筛选出的32条对逆境有所响应基因进行实时荧光定量PCR。发现有21个油椰子NAC基因在响应冷、旱、盐三种胁迫时的四个反应阶段中其基因表达量都总体表现出上升的趋势,占所有基因的65.63%。在这些表达量总体表现出上升趋势的NAC基因中:冷处理中在24h时基因表达量达到最高的基因最多,有10个;旱处理中在48h时基因表达量达到最高的基因最多,有23个;盐处理中在48h时基因表达量达到最高的基因最多,有12个。这些实验结果展现了NAC家族基因与油椰子的逆境胁迫关联密切,也可能响应逆境信号分子,诱导相关蛋白的表达,抵御胁迫。3.82个油椰子NAC基因中有20个基因共发生了33个不同的选择性剪切。利用这33个剪切方式的基因全长序列设计引物,并用三种胁迫处理过的油椰子cDNA进行PCR扩增,结果发现EgNAC06和EgNAC45发生的剪切方式在冷、旱、盐三种胁迫的每个处理时间段都表现出了明显的不同的扩增条带;基因EgNAC22的第二个选择性剪切方式和基因EgNAC33的第二个选择性剪切方式在冷、旱、盐三种胁迫的部分处理时间段表现出了明显的不同的扩增条带;而剩下基因发生的剪切方式在冷、旱、盐三种胁迫的所有处理时间段都没有表现出明显不同的扩增条带。这些结果说明了发生的这些选择性剪切大部分可能并没有影响和改变油椰子NAC基因在响应冷、旱、盐等三种胁迫时的功能和作用,这些增加的选择性剪切转录本可能是无义转录本。以上所有分析与实验的结果表明,油椰子在遭受到冷、旱、盐等非生物胁迫的时候NAC转录因子可能会参与到相应的胁迫响应信号通路中,并且通过调节这些基因在油椰子中的相对表达量来达到增强油椰子对逆境胁迫的抵抗能力。因此,在油椰子响应非生物胁迫的过程中,油椰子NAC转录因子可能参与到调控其逆境胁迫相关基因表达的反应机制中,并且发挥了一定的作用。本实验的研究内容为油椰子NAC转录因子在逆境反应中的调控作用以及调节机制等的进一步研究提供了一定的理论依据,具有一定的实际意义。
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