【摘 要】
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新疆沙冬青（Ammopiptanthus nanus）是豆科（Leguminosae）,沙冬青属（Ammopitanthu）植物,在我国主要分布于新疆乌恰县,能够抵抗低温、干旱等非生物胁迫,是研究植物逆境适应机制的理想材料。Defensin和Betv 1属于植物病程相关蛋白,在植物逆境应答中发挥重要作用,这两种蛋白的特点是什么?编码这些蛋白的基因家族在具有强抗逆性的新疆沙冬青中的结构和功能如何?本
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新疆沙冬青（Ammopiptanthus nanus）是豆科（Leguminosae）,沙冬青属（Ammopitanthu）植物,在我国主要分布于新疆乌恰县,能够抵抗低温、干旱等非生物胁迫,是研究植物逆境适应机制的理想材料。Defensin和Betv 1属于植物病程相关蛋白,在植物逆境应答中发挥重要作用,这两种蛋白的特点是什么?编码这些蛋白的基因家族在具有强抗逆性的新疆沙冬青中的结构和功能如何?本研究基于已构建的新疆沙冬青基因组数据库,采用生物信息学和分子生物学相关技术对新疆沙冬青的Defensin和Betv 1基因家族进行了筛选鉴定,并对其结构、进化、表达和功能作了初步研究,主要研究结果如下:1.从新疆沙冬青基因组序列中筛选到10个Defensin基因,定位于5条染色体上,Defensin蛋白大多为亲水性碱性蛋白,具有信号肽,亚细胞定位结果显示在细胞膜外。多序列比对和保守结构域分析结果表明,新疆沙冬青Defensin家族成员具有一定的保守性,有9个Defensin蛋白拥有典型的8个半胱氨酸残基,能形成4个稳定的二硫键。2.对Defensin基因的启动子分析发现了大量与逆境胁迫反应、植物应激和激素反应相关的顺式作用元件。根据新疆沙冬青的转录组数据分析发现基因EVM0012056.1、EVM0006135.1和EVM0014543.1在冬天的表达量很高,在低温胁迫（4℃,7d）处理下的表达量也有所提高,推测这几个基因在新疆沙冬青的冻胁迫中发挥重要作用。将EVM0014543.1在大肠杆菌中表达,发现EVM0014543.1蛋白虽然减缓了重组菌的生长速度,但是在低温和渗透胁迫下能一定程度上提高大肠杆菌的最大生长量。构建EVM0006135.1和EVM0014543.1真核表达载体并瞬时转化烟草,蛋白定位观察位于质外体。-4℃抗冻性实验结果发现EVM0006135.1和EVM0014543.1蛋白能够提高烟草植株的抗冻性,且效果显著。3.在新疆沙冬青中共筛选到27个Betv1基因,定位于6条染色体上,呈不均匀分布。Betv1蛋白都为亲水性蛋白,大多为酸性蛋白,亚细胞定位结果显示在细胞质中。全部的Betv 1基因都具有内含子,蛋白EVM0018022.1、EVM0018788.1、EVM0002713.1 和 EVM0000761.1 含有参与核糖核酸酶活性的 P-loop 基序 GxGGxGxxK。4.进行Bet v1基因的qRT-PCR分析,基因EVM0015604.1、EVM0020624.1、EVM0000761.1、EVM0033568.1 和 EVM0004485.1 在低温和渗透胁迫下皆上调表达,启动子分析发现含有大量与光反应、逆境胁迫反应、植物应激和激素反应相关的顺式作用元件,推测这些Bet v1基因家族成员在新疆沙冬青应对低温和干旱胁迫的响应中可能发挥着重要作用。本研究分析了新疆沙冬青中植物病程相关蛋白Defensin和Bet v 1的结构和功能特征,发现Defensin蛋白大多为碱性且定位于质外体中,Betv 1蛋白大多为酸性定位于细胞质中,这两种蛋白都具有抵抗非生物胁迫的功能。研究结果为理解这类蛋白在参与非生物胁迫中的作用提供了数据支持。
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