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海带褐藻酸合成途径关键基因的转录谱及功能研究
张朋艳
第一作者单位中国科学院海洋研究所
学位类型博士
导师段德麟
2018-05-18
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点中国科学院海洋研究所
学位名称理学博士
学位专业海洋生物学
关键词海带 褐藻酸 转录组 Pmm/pgm Mc5e
摘要

海带(Saccharina japonica)是一种重要的经济褐藻,具有很高的生态和经济价值。褐藻酸是海带最主要的碳代谢产物,从海带中提取的褐藻酸可广泛应用于食品、医药和化工等领域。因此,褐藻酸合成途径及相关基因功能的研究具有重要的理论和应用意义。

我们以海带全基因组数据和转录组数据为基础,构建海带褐藻酸合成途径,共注释到3甘露糖-6-磷酸异构酶(MPI)基因2磷酸甘露糖变位酶(PMM)基因3GDP-甘露糖-6-磷酸脱氢酶(GMD)基因1糖基转移酶2GT2)基因和125甘露糖醛酸C5-异构酶(MC5E)基因。在海带不同发育时期,基部褐藻合成相关基因的转录呈逐月下降趋势,这与海带生长前期细胞生长旺盛、海带叶片快速生长,而后期有机物大量积累有关。此外,与海带顶部细胞相比,基部生长点附近的细胞分裂能力强,所以海带基部GMD1GT2MC5E2编码基因的转录明显高于顶部;而MPI3PMM1也参与其它糖类代谢过程,所以其在顶部转录高于基部。

我们对海带中高表达的磷酸甘露糖变位酶/磷酸葡萄糖变位酶(PMM/PGM)进行基因结构与功能分析,克隆并获得了海带PMM/PGM基因(Sjpmm/pgm1),该基因编码252个氨基酸序列,具有四个保守的结构域,属于HAD超家族成员。对海带PMM/PGMSjPMM/PGM1)进行体外表达和功能分析,发现SjPMM/PGM1能够在Mg2+存在条件下催化G1PM1P的转变,PMMPGM活性的最适反应温度都为30℃,最适pH值分别为7.57.0。底物G1PM1PKm分别为0.08 mM1.15 mM。此外,高温(25℃)和高光55±5 μmol/m2/s)均能在短时间内引发海带Sjpmm/pgm1转录水平的上升,随后逐渐恢复到原始水平,推测海带中褐藻酸合成途径可能与海带对逆境的适应密切相关。

对海带MC5E基因家族高表达的49MC5E基因分析发现,随海带藻体的生长,MC5E基因的转录主要呈逐渐下降的趋势,这与海带发育后期基部M/G比值逐渐升高密切相关。从基部到顶部,海带中大部分MC5E编码基因的转录呈现下降趋势,但也存在少数MC5E基因,如MC5E16呈升高趋势。在对MC5E2基因克隆与表达分析中,我们得到ORF全长为1458 bp编码485个氨基酸的核酸序列。蛋白结构预测结果表明海带MC5E2具有典型的右手β-helix结构域,为β-helix超家族成员。利用原核表达系统,成功表达出真核来源的可溶性MC5E2融合蛋白,并通过1H-NMR方法证实其具有甘露糖醛酸C5-异构酶的功能。

本研究以组学技术为基础,开展了海带褐藻酸合成途径相关基因的转录谱和功能研究。研究结果不仅对褐藻酸代谢机制的解析有重要意义,也为生物法改善褐藻胶的理化性质,进而实现在生产中精细化控制其结构具有重要借鉴意义。

学科领域海洋科学
学科门类理学::海洋科学
页数135
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/154525
专题个人在本单位外知识产出
推荐引用方式
GB/T 7714
张朋艳. 海带褐藻酸合成途径关键基因的转录谱及功能研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2018.
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张朋艳-2019年12月.pdf(4103KB)学位论文 延迟开放CC BY-NC-SA2019-12-30后可获取请求全文
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