水稻抗逆相關基因與miRNA的分子進化及OsCORA基因的抗寒功能分析.pdf

1、水稻（Oryza sativa L）是中國最重要的禾谷類作物之一，然而，低溫、干旱等環(huán)境脅迫日益嚴重地威脅到我國的水稻生產。因此，深入開展水稻抗逆相關基因的功能和進化研究，對水稻安全生產意義重大。隨著高通量測序技術的迅速發(fā)展，以及水稻(Oryza sativa)基因組測序的完成，水稻已經成為一個重要的模式生物，在闡明植物發(fā)育和進化上起到了極其重要的作用。特別是，越來越多的研究已經揭示了水稻基因在抵抗逆境中的功能和作用機制。水稻基因組和豐

2、富的表達數據的可獲得，為深入研究水稻抗逆相關基因的功能和進化提供了重要的基礎。因此，本論文在構建植物抗逆基因數據庫的基礎上，對水稻抗逆相關蛋白編碼基因和microRNA（miRNA）的分子進化進行了系統深入的分析，并對預測的水稻抗寒基因OsCORA和OsCAP進行了基因克隆、表達載體構建與抗寒功能分析。論文研究取得以下主要結果:
　　1.本論文首先通過對文獻檢索共獲得308個經過實驗驗證的植物抗性相關的基因，共涉及了51個植物物種

3、;功能注釋分析顯示308個植物抗逆基因涉及1428個GO分類;將308個植物抗逆基因映射到KEGG數據庫中，發(fā)現他們共參與了203個調控通路，其中參與代謝通路的基因最多;最后基于以上分析結果構建了植物抗逆基因數據庫(PlantTolerance Gene Database，網址為:http://rich.yunda.org/test/rg01/index.php)。
　　2.在上述構建的數據庫中，我們獲得了22個水稻抗逆相關基因。

4、利用生物信息學方法，對水稻抗逆相關基因的進化進行了研究。結果表明，水稻抗逆基因在低等植物中已經存在，隨著植物的不斷進化和生存環(huán)境的變化，水稻抗逆相關基因數量也隨之增加。在植物中，具有相似功能的基因具有相似的基因結構和motif結構。特別是，在GSK1、RAN2抗逆基因中發(fā)現了三個特有的motif結構。GSK1特有的P-rich motif, RAN2特有的G-rich motif, RAN2特有的E-rich motif。這些保守的mo

5、tif結構與基因的抗逆功能是密切相關的。進化速率分析揭示，在進化過程中，植物抗逆性相關基因受到較強的純化選擇作用，但是，仍然有50％的抗逆性相關基因存在正選擇位點，正選擇位點的存在為基因適應外界環(huán)境變化提供了重要的基礎。
　　3.利用生物信息學的方法系統地分析了水稻中非生物脅迫相關的177個miRNA，這些miRNA上游啟動子區(qū)主要包含TATA-box和脅迫相關的調控元件;許多脅迫相關的miRNA家族是水稻特異的，一些miRNA是

6、來源于基因組重復;177個miRNA能夠預測靶向553個水稻基因，共預測到1562個靶位子，其中89.50％的靶位子有切割活力，10.50％靶位子有翻譯抑制活力。
　　4.對預測的兩個水稻抗寒基因OsCORA和OsCAP進行了基因克隆、表達載體構建與功能驗證?？寺y序得到OsCORA基因的cDNA序列長度為885bp，開放閱讀框為873bp，編碼290aa，理論分子量為69kDa，等電點(PI)為5.04。OsCAP基因的cDNA

7、序列長度為645bp，開放閱讀框為633bp，編碼210aa，理論分子量為53kDa，等電點(PI)為5.11。進一步構建了pBI121-OsCORA和pBI121-OsCAP重組質粒，并對pBI121-OsCORA重組質粒進行了農桿菌轉化。同時我們也構建pET-28a-OsCORA重組質粒，對pET-28a-OsCORA重組質粒的抗寒功能進行了分析，結果顯示在高溫和低溫處理后，表達OsCORA蛋白的大腸桿菌的存活率顯著增強。