紫薯甜菜碱醛脱氢酶基因BADH克隆及功能分析

【摘要】甘薯营养丰富,是世界第七大粮食作物。如今甘薯在解决世界发展中国家的粮食安全问题中发挥着越来越重要的作用。紫色甘薯作为甘薯的一个新品种,不仅具有丰富的营养,还富含花色素苷,除了颜色吸引消费者外,更具有营养价值和保健功能,但紫色甘薯较一般甘薯的薯块要小,单位面积产量相对低一些,通过改良紫色甘薯品质,提高紫色甘薯抗胁迫的能力,有助于提高紫色甘薯相对产量。在全球变暖的大背景下,土壤盐渍化和极端温度等环境条件已经成为严重的农业和生态问题。利用基因工程手段遗传改良作物耐受环境非生物胁迫的品质,特别是耐盐,耐旱和极端温度的品质是目前科学家们研究的热点和主要突破口。目前耐盐胁迫主要从盐离子区隔化,大量积累渗透调节小分子物质和提高胁迫响应基因表达几方面来入手。在遗传改良作物耐胁迫特性研究中,相溶性小分子物质的作用越来越受到研究者的重视。这些小分子物质作为一种渗透保护剂,在植物体内能够大量积累却对植物基本无毒害,而且能够从多方面保护植物,这使它们成为目前理想的遗传改良靶点。甜菜碱类小分子物质是典型的副作用小而耐盐和低温等多种非生物胁迫的一类物质,此类物质靶点单一,合成途径的限速酶少,因此能节约成本和遗传改良研究时间,相比改良其他代谢途径的基因,可行性大大增加。甜菜碱醛脱氢酶作为甜菜碱这种渗透保护剂合成的关键催化酶曾被广泛关注和研究,大量表达的甜菜碱醛脱氢酶基因在多数植物中能够提高甘氨酸甜菜碱的积累量,使得经过遗传改造的植物能够更好的适应环境胁迫的压力,在胁迫下的生长状况显著优于未经改良的野生型植物。本实验通过对紫色甘薯甜菜碱醛脱氢酶的克隆和生物信息学分析,得到了一个CDS为1505bp的基因序列,共编码505个氨基酸,保守结构域具有典型的醛脱氢酶功能域和与辅酶NAD相结合的区域。通过序列多重比对分析和构建进化树分析发现该基因与宁夏枸杞的同源性最高。通过构建基于该基因的原核表达载体,诱导蛋白并进行蛋白的纯化和酶活测定,确定该蛋白在体外具有醛脱氢酶的催化功能。将该基因CDS序列与GFP绿色荧光蛋白载体连接共转化烟草原生质体,通过激光共聚焦显微镜观察发现该蛋白定位于叶绿体,与之前通过生物信息学方法预测的亚细胞定位结果一致。而CMO基因(甘氨酸甜菜碱合成另一个关键酶)翻译的蛋白位于叶绿体内,这就使得调控IbBADH催化底物甜菜碱醛脱氢生成甜菜碱更为可行。最后通过对田间实生甘薯和水培甘薯生根幼苗的荧光定量分析进一步说明甜菜碱醛脱氢酶基因的表达与光合作用有着密切的关系,本实验通过对甜菜碱醛脱氢酶功能的初步研究可以证明本实验所克隆的紫薯甜菜碱醛脱氢酶基因IbBADH是一个能够催化甜菜碱醛脱氢生成甜菜碱的功能酶基因,该基因表达的蛋白定位于叶绿体,且对盐胁迫有明显响应。以上结果为今后通过转基因手段提高植株耐受胁迫的遗传品质改良实验打下理论基础,具有重要意义。
【作者】林智；
【导师】廖志华；
【作者基本信息】西南大学，植物学，2014，硕士
【关键词】紫色甘薯；甜菜碱；非生物胁迫；甜菜碱醛脱氢酶；抗盐胁迫；

【参考文献】
[1]郑会.旋涂法制备有机小分子电致发光器件[D].吉林大学,有机化学,2013,硕士.
[2]杜晶琦.国产现实题材热播剧分析[D].河北大学,广播电视艺术学,2014,硕士.
[3]贾志普.基于经济增长相关性分析的中国税收风险研究[D].天津财经大学,财政学,2012,硕士.
[4]马明,周宇艳,赵洁,刘敏华.基质匹配顶空-气相色谱法测定纺织品中DMF,DMAC与NMP[J].分析试验室,2015,03:336-339.
[5]本措加.吐蕃赞普时期的医学翻译史研究[D].西藏大学,藏语言文学,2014,硕士.
[6]何琴.WDM-PON中基于MZM的先进调制技术研究[D].西安邮电大学,电路与系统,2013,硕士.
[7]宋磊.辛伐他汀骨粉复合物对种植体周围骨缺损内成骨细胞相关蛋白的影响[D].山西医科大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[8]孙胜杰.20世纪中国文学中的鲧禹原型阐释[J].聊城大学学报(社会科学版),2014,03:50-56.
[9]李袁庆,刘志远,王成君.石墨烯材料的研究进展[J].生物技术世界,2013,03:154.
[10]杜娟.胃肠道间质瘤免疫表型的表达及临床意义[D].吉林大学,病理学与病理生理学,2013,硕士.
[11]王泓.面向水处理的分布式控制策略的研究[D].哈尔滨工业大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[12]李少亮.粘弹性复合圆柱壳结构在冲击载荷作用下的动力学响应与结构抗冲击设计[D].哈尔滨工业大学,固体力学,2013,硕士.
[13]孙迪.债券融资弱化社会总融资行为的货币派生效应研究[D].苏州大学,金融学,2013,硕士.
[14]魏进.面向税务系统应用的决策支持系统[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[15]姜贵雄.辽阳石化分公司竞争力评价与对策研究[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士.
[16]贾春霞.油砂热解特性及其产物生成机理研究[D].华北电力大学,热能工程,2014,博士.
[17]房勇.坝肩岩体稳定的模糊分析方法[D].河海大学,工程力学,2004,硕士.
[18]谢坚明.危机应对：七七事变后国民政府的对策[D].华南师范大学,中国近现代史,2004,硕士.
[19]周文龙.PM650掺杂向列液晶辐射随机激光性能的表征和优化[D].哈尔滨工业大学,光学,2013,硕士.
[20]邓颖.《东方杂志》音乐史料述评[D].中国音乐学院,音乐学,2014,硕士.
[21]肖佳.网络舆情视角下公共危机处置机制研究[D].江西财经大学,行政管理,2013,硕士.
[22]徐若友.新安煤业公司防火系统研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[23]熊玲芳.基于拟物的布尔可满足性问题连续求解方法研究[D].广西民族大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[24]游俊刚.四川省电力公司在新形势下的营销战略及策略初探[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士.
[25]祝华.《五号屠场》的荒诞艺术研究[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[26]刘露遥.基于ERP的银行财务管理系统设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[27]韩茜宇.清热和胃法治疗慢性胃炎脾胃湿热证临床疗效观察[D].黑龙江中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[28]张振平.斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的概率分布和频域特性[D].大连理工大学,港口、海岸及近海工程,2004,硕士.
[29]贾东明.机载微波辐射计伺服装置结构分析与控制方案研究[D].吉林大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[30]杜盛斌.“自分”的生成与话题化的关联[D].湖南师范大学,日语语言文学,2014,硕士.
[31]贺绍栋.小学教师课程权力行使困境及对策研究[D].南京师范大学,课程与教学论,2012,硕士.
[32]秦璐.不同盐生境下盐穗木群落凝结水形成机制及其生态效应[D].新疆大学,生态学,2014,博士.
[33]韩伟国.电力负荷特性及其优化调控方法研究[D].华北电力大学（北京）,技术经济及管理,2003,硕士.
[34]彭颖.从勒菲弗尔的“改写理论”看《诗经·国风》英译[D].复旦大学,英语语言文学,2012,硕士.
[35]李志铿,王钢,陈志刚,汪隆君.计及区域自组网的含分布式电源配电网网架柔性规划[J].电力系统自动化,2013,06:42-47.
[36]张旭.特低扬程大型竖井贯流泵装置试验研究[D].扬州大学,水工结构工程,2011,硕士.
[37]孙杰.企业所得税会计研究[D].沈阳工业大学,会计学,2003,硕士.
[38]袁月清.MRI多征象分析对膝关节前交叉韧带损伤的诊断价值[D].吉林大学,影像医学与核医学,2014,硕士.
[39]李盼池,宋考平,杨二龙.基于受控旋转门的量子神经网络模型算法及应用[J].控制与决策,2011,06:898-901+906.
[40]王哲.电梯轿厢参数化设计系统部分模块的研发[D].东北大学,机械设计及理论,2010,硕士.
[41]张佳明.妊娠和分娩对大鼠肛提肌细胞骨架的影响[D].河北医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[42]付顺东.PT羊绒公司发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理,2012,硕士.
[43]皮运清.高级氧化技术对典型PPCPs降解效果及降解机理的研究[D].河南师范大学,环境科学,2013,博士.
[44]陈怡.胡椒有效成分（DMF）对人卵巢癌SKOV3细胞系OCSLCs自我更新及Twist蛋白表达的影响[D].湖南中医药大学,中医妇科学（专业学位）,2014,硕士.
[45]刘丽苹.基于顺应论的英语商务谈判中模糊限制语研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[46]乔邦利.在多元化的进程中[D].中国艺术研究院,音乐学,2004,硕士.
[47]冯志诚.太阳能光伏发电性能影响因素的研究[D].内蒙古工业大学,热能工程,2013,硕士.
[48]张旦.西藏纳屋错地区中酸性侵入岩的年代学、岩石化学特征研究[D].成都理工大学,应用数学,2013,硕士.
[49]宋玫.刘向《烈女传》女子道德教育思想的成因、内容及特征[D].山西师范大学,教育史,2013,硕士.
[50]郑立春.新型抽油机节能机理研究及优化设计[D].天津理工大学,机械电子工程,2013,硕士.