番茄sHSP20基因调控子房耐热性的分子机制及热激蛋白(HSP)基因家族起源、进化分析

批准号:
31301774
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
万红建
依托单位:
学科分类:
C1505.蔬菜、瓜果种质资源与遗传育种学
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶青静、王荣青、周国治、阮美颖、姚祝平、刘云飞、韦艳萍
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中文摘要
高温胁迫是番茄生产上最严重的非生物胁迫因子之一;高温胁迫条件下,子房发育是否正常是决定番茄产量及商品性的最基本条件。前期我们通过转录组学和表达谱研究发现,在番茄子房应答高温胁迫过程中,小热激蛋白20(sHSP20)基因在耐热番茄中表达量比热敏感番茄上调近97倍。基于此,本研究将构建sHSP20基因过量表达载体,进行热敏感番茄转化,对转基因番茄植株进行生理、生化分析及耐热性鉴定,以阐述sHSP20基因在番茄子房应答高温胁迫过程中的调控机理。此外,番茄基因组测序已经完成,我们将以模式作物拟南芥、水稻的热激蛋白为靶蛋白,检索番茄基因组数据库,获得较完整的热激蛋白种类和数目,分析其起源与进化,为阐明热激蛋白的功能保守提供理论基础;综上所述,项目实施不仅为阐明番茄子房应答高温胁迫的调控机理提供依据,而且还将明确番茄热激蛋白在植物进化中的方式及地位;进而为番茄耐热品种的培育提供遗传工程材料和理论基础。
英文摘要
High temperature stress is one of the most serious abiotic stress factors damaging tomato production. Under high temperature stress, whether ovary development is normal or not is the most basic decision tomato production and commercial conditions. Previously, by the transcriptome and expression profile studies, we have found that expression level of a small heat shock protein gene (sHSP20-18) is nearly 97 times higher in heat resistant tomato than heat sensitive tomato in ovary in response to high temperature stress. Based on this, in order to explore sHSP20 genes in tomato ovary response regulation mechanism under high temperature stress, we will make sHSP20 gene expression vector, transfer heat sensitive tomato, perform physiological and biochemical analysis and heat resistant identification in the transgenic tomato plants in this research. In addition, the tomato genome sequencing has been completed, we will take heat shock protein from the model plant Arabidopsis thaliana and rice as a target protein, search the tomato genome database, get a complete number of heat shock proteins, analyze their origin and evolution, and further provides the theoretical basis for elucidating the conservative function of the heat shock protein. In short, the implementation of the project not only help to elucidate the regulation mechanism of tomato ovary response to heat stress, but will also elucidate evolutionary way and status of tomato heat shock proteins in plant evolution, further provide genetic engineering materials and theoretical basis for breeding heat resistant varieties of tomato.
本研究利用已完成的番茄基因组测序数据,以模式作物拟南芥、水稻等的热激蛋白为靶蛋白,检索番茄基因组数据库,在全基因组水平上分别鉴定得到热激蛋白Hsp90、Hsp70和小热激蛋白Hsp20基因家族共7个、22个和42个成员。序列结构和保守性基序分析显示这三个家族成员之间保守性较高。染色体定位图表明热激蛋白不均匀分布在番茄各染色体上,染色体臂内和臂间的基因重复事件显著促进了热激蛋白各基因家族的扩大。系统发育关系显示Hsp90基因家族可被分为5个亚族,Hsp70基因家族分为4个亚族,由番茄和其他物种Hsp20基因构成的系统发育树显示SlHsp20基因可以分为13个亚族,暗示着在单双子叶植物分化之前这些基因已有共同祖先形成了不同亚族,表明不同物种间的热激蛋白基因家族存在广泛的遗传多样性。对栽培番茄和野生番茄不同组织和发育阶段的RNA-seq数据的表达分析表明大多数Hsp20基因(83%)在至少一个组织或阶段表达。在该家族42个基因中,有4个基因在所有组织中组成型表达,暗示着这些基因可能在番茄细胞正常生长条件下发挥着特定的管家作用。两个SlHsp20基因在不同基因型番茄的营养器官(叶和根)和生殖器官(花芽和花)中呈现了差异表达水平,意味着在驯化过程中功能特化存在着种间差异。基于全基因组芯片分析,我们发现SlHsp20的转录能够被多种生物和非生物胁迫(高温、干旱、盐、灰霉病菌和番茄斑萎病毒)大量诱导,暗示着这些基因在番茄植株响应环境胁迫中的潜在作用。VIGS和转基因研究发现,sHSP20-18基因能够显著的提高番茄抗病抗逆能力,尤其抵抗高温能力。本项目实施不仅为阐明番茄热激蛋白的功能保守提供依据,而且还将明确番茄热激蛋白在植物进化中的方式及地位,为番茄耐热品种的培育提供遗传工程材料和理论基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2014
期刊:核农学报
影响因子:--
作者:阮美颖;姚祝平;周国治;杨悦俭
通讯作者:杨悦俭
The SOD Gene Family in Tomato: Identification, Phylogenetic Relationships, and Expression Patterns.
番茄中的 SOD 基因家族:鉴定、系统发育关系和表达模式
DOI:10.3389/fpls.2016.01279
发表时间:2016
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:Feng K;Yu J;Cheng Y;Ruan M;Wang R;Ye Q;Zhou G;Li Z;Yao Z;Yang Y;Zheng Q;Wan H
通讯作者:Wan H
Genome-Wide Identification and Expression Profiling of Tomato Hsp20 Gene Family in Response to Biotic and Abiotic Stresses
番茄 Hsp20 基因家族响应生物和非生物胁迫的全基因组鉴定和表达谱
DOI:10.3389/fpls.2016.01215
发表时间:2016-08
期刊:Frontiers in Plant Science
影响因子:5.6
作者:Zhou, Guozhi;Yao, Zhuping;Yang, Yuejian;Wan, Hongjian
通讯作者:Wan, Hongjian
DOI:--
发表时间:2015
期刊:分子植物育种
影响因子:--
作者:李志邈;周国治;姚祝平;杨悦俭
通讯作者:杨悦俭
In silico identification and analysis of phytoene synthase genes in plants
植物八氢番茄红素合酶基因的计算机鉴定和分析
DOI:10.4238/2015.august.14.5
发表时间:2015-01-01
期刊:GENETICS AND MOLECULAR RESEARCH
影响因子:0.4
作者:Han, Y.;Zheng, Q. S.;Wan, H. J.
通讯作者:Wan, H. J.
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