柳树小热激蛋白Hsp20基因家族的鉴定和表达分析开题报告

1. 研究目的与意义

小热激蛋白20Hsp20 在植物响应多种环境胁迫包括高温等以及在植物生长发育的过程中具有非常重要的作用。在植物中,小热激蛋白是含量最丰富、分布最为广泛的热激蛋白。柳树是我国的原生树种，据考证，在第三纪中新世的山旺森林里即有柳属。柳属也是我国被记述的人工栽培最早，分布范围最广的植物之一。人们自古就知道柳树皮有解热镇痛的功效。本研究旨在柳树中分析Hsp20基因家族，有利于研究柳树的生长适应环境，获得柳树中该基因的成员数目，基因结构变异情况，预测各个基因成员的功能，确定那些热激蛋白基因是受到高温胁迫响应表达。

2. 国内外研究现状分析

国内: 柳枝稷内参基因筛选及nac、hsp20基因家族挖掘与表达分析，柳枝稷非生物胁迫下内参基因的筛选实时荧光定量pcr(qrt-pcr)是一种灵敏且应用广泛的技术用于测定基因表达,并且筛选稳定表达的内参基因尤为重要，本研究在非生物胁迫下对14个柳枝稷候选内参基因进行了评价,筛选出各个胁迫表现最稳定的内参基因,同时对与非生物胁迫密切相关的nac和hsp20家族成员进行了全基因组层面的鉴定和表达研究,挖掘出大量和胁迫及发育相关的基因。番茄 hsp20 基因家族的全基因组鉴定, 系统进化及表达分析，借助番茄基因组数据库,利用生物信息学方法对hsp20基因家族进行鉴定及分析,结果表明,番茄中至少含有43个hsp20基因,不均匀的分布在番茄的12条染色体上。通过对茄科植物番茄、辣椒、马铃薯hsp20进行系统进化分析发现,三者存在同源关系。番茄小热激蛋白slhsp20基因家族的全基因组鉴定及表达分析，运用生物信息学方法研究了番茄slhsp20基因的结构、染色体定位、系统发育关系及其在不同组织和发育阶段、不同胁迫和激素处理下的表达模式等。.鉴定分析了番茄slhsp20基因家族成员。植物热激蛋白研究进展，植物热激蛋白分为hsp100、hsp90、hsp70、hsp60、小分子hsp五大家族,每一家族含有多个热激蛋白。随着对hsp的不断研究,已有大量文献报道了不同物种中的热激蛋白,在此基础上通过阐述植物热激蛋白的结构、功能以及调控作用,旨在为进一步认识热激蛋白及其作用机理提供有价值的参考。小分子热激蛋白参与植物抗逆性方面的研究进展shsps作为分子伴侣,在植物抵抗高温热害、低温冷害以及种子发育中具有重要的作用。综述了shsps的分类、特点和功能,重点讲述了其参与植物抗逆性方面的研究进展,对目前研究中存在的问题进行了讨论,并对今后的研究方向进行了展望。植物小热激蛋白及其生物学功能研究进展shsps由核基因编码,其典型特征是有1个保守的α-晶状体蛋白域结构。通常植物shsps具有分子伴侣功能,在不依赖atp的情况下阻止变性蛋白的聚集,从而对植物抵抗、适应胁迫环境以及生长发育起着重要作用。植物小热激蛋白的研究进展。植物中小分子热激蛋白基因家族(shsps)研究进展。黑麦热激蛋白 schsp90-1 基因的克隆及表达分析，结果显示,该基因cdna序列全长2 103 bp,共计编码700个氨基酸,蛋白质分子量约80.47k d。序列同源性分析表明,schsp90-1与小麦、玉米、水稻等物种的热激蛋白同源性较高;进化树分析表明schsp90-1与小麦的ta hsp90亲缘关系最近。甘蔗小分子量热激蛋白 (shsp) 基因克隆及水分胁迫下的表达分析。四纹豆象小分子量热激蛋白基因的鉴定与表达，分析结果表明,在4龄四纹豆象幼虫中,低温(4、15℃)与高温(37℃)胁迫处理后shsp27的相对表达量相对于对照组(30℃恒温培养组)均有上调响应,但对高温胁迫的响应程度略强,低温回复处理组的相对表达量也略高于对照组,但上升不显著,初步认为shsp27基因表达与四纹豆象耐寒热的适应性无直接相关性。

国外：水稻hsp20基因家族的综合序列和表达谱分析我们报道了水稻中39个oshsp20基因的鉴定和鉴定，描述了每个成员的基因结构、基因表达、基因组定位和系统发育关系。我们已经使用rt-pcr对选择性oshsp20基因的正常和热休克诱导表达进行了表征。通过对3个水稻品种25个营养和生殖发育阶段的全基因组基因表达分析，发现至少有36个oshsp20基因在其中一个试验阶段表达。其中汕优63的oshsp20转录本在营养发育和生殖发育阶段积累差异较大，且优先下调。此外，oshsp20基因在家族水平表达中表现出明显的杂种优势。我们的结果表明，oshsp20基因的表达模式不仅在发育阶段存在多样性，而且在品种水平上也存在多样性。大豆hsp 20基因家族的全基因组分析:非生物和生物胁迫下的综合序列、基因组组织和表达谱分析大豆基因组中hsp20家族的进化很可能涉及23个基因的重复。获得的表达谱显示，51个gmhsp 20候选基因中大部分是在ht诱导下产生的，但该家族的其他成员也可能参与正常细胞功能，与ht无关。gmhsp20基因中有一部分可能是专门对线虫应激做出反应的，这些基因预测的启动子结构似乎具有与其生物学功能相关的特殊保守模式。普通基因组复制后的柳树基因组和杨树的差异进化，柳树(salix)和杨树(populus)是世界上已知的木本树种，用途多种多样。尽管这两个属在始新世早期就彼此分化，但它们有许多共同的特征，包括染色体数目为2n = 38的相同染色体，以及常见的水杨酸基因组复制，具有高的大共线性4,5。然而，大多数柳树在其生命早期开花，茎短，小，有时不明显，因此在其生活史和习性上与白杨不同。此外，已检测到多个染色体间和染色体内重排，涉及两列中均存在的染色体区域，提示在常见基因组复制后可能存在基因组差异。

短轮伐柳转录组测序的基因发现和标记资源开发，苏霍文柳热休克因子基因家族:发育和非生物胁迫期间的全基因组调查和表达谱，近年来，柳树柳树柳树全基因组测序工作已经完成。在本研究中，从苏氏酵母基因组中共鉴定出27个非冗余hsf基因。系统发育分析表明，ssuhsf家族成员根据结构特征可分为a、b、c三类。启动子分析表明，ssuhsfs启动子包含与激素和/或应激反应相关的顺式作用元件。此外，我们还利用rt-pcr分析了27个ssuhsfs在不同组织和不同胁迫(热、干旱、盐和aba处理)下的表达谱。结果表明，ssuhsfs参与非生物应激反应。我们的结果有助于更好地理解ssuhsf基因家族的复杂性，并将有助于今后的功能表征研究。柳树和杨树的高密度连锁图谱与平行木和直木的进化, 柳树和杨树之间基因组变化速度相对较慢，这意味着杨树的基因组资源将在柳树的基因组研究中最有用，例如识别重要性状qtls的基因。我们的数据表明，全基因组复制早在这两个属分化之前就已经发生了，这些事件一直被认为是当代的。估计无声替代率为1.2810 - 9和1.6810 - 9，接近其他多年生植物的替代率，但远低于一年生植物的替代率。

3. 研究的基本内容与计划

内容：根据本实验室最新的基因组序列，利用hmmer3.0确定Hsp20基因家族成员。选择已经报道的拟南芥、水稻、葡萄和杨树的该家族成员进行基因的进化数分析。分析基因家族成员的基因结构变异.分析家族成员的直系和旁系同源基因。分析基因家族成员在不同组织中的转录组的表达模式。利用qPCR验证部分基因的表达模式。

计划：1Hsp基因家族成员在柳树中的确定2利用MAGE软件构建进化树3每两个基因间Ka和Ks的计算4同一柳树材料在不同温度环境下的样品处理5柳树RNA的提取和基因表达验证分析。

4. 研究创新点

创新:课题内容围绕柳树的小热激蛋白20基因家族的鉴定,哪些基因转录翻译这些小热激蛋白20.还有小热激蛋白表达的过程是怎样的分析,具体的基因表达分析过程

特色:与其他课题不同的地方在于高温逆境下哪些基因转录翻译产生小热激蛋白20,以及小热激蛋白是怎么表达起作用的