能源植物柳枝稷CCCH类抗逆基因的筛选与功能分析开题报告

 2023-02-11 01:02

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

非生物胁迫如盐害、高温、极端温度严重地影响着植物的生长与发育[1]。无论是在生理、生化还是在分子水平上，植物经过长期进化后，其自身已经具备了多种应对非生物胁迫的机制。当植物处于非生物胁迫环境时，体内许多相关基因被诱导表达[2]，从而使植物能够逃避胁迫或保护植物，进而应对胁迫。为更好地了解植物发展进程以及它们应对胁迫响应的机理，清楚这些基因在不同的非生物胁迫响应下的功能尤为重要[3]。

锌指蛋白是真核生物基因组中最丰富的一类转录因子，它在植物的生长与发育过程中具有重要作用。依据它们的结构和功能多样性分为九个类型：C2H2，C8，C6，C3HC4,C2HC,C2HC5，C4，C4HC3和CCCH[4]。其中，CCCH锌指蛋白被视为是一个新的锌指家族，从酵母到人类中已经发现了许多CCCH类锌指蛋白家族成员。CCCH型锌指蛋白由三个半胱氨酸和一个组氨酸的串联锌结合结构[5,6]。目前为止，已发现许多CCCH类锌指蛋白与生物胁迫和非生物胁迫相关。水稻中的OsISAP1基因在转基因烟草中过表达后，发现其与冷、干旱和盐胁迫相关[7]；OsTZF1受干旱、盐、ABA、JA、 SA的诱导后表达[8] ；AtSZF1和AtSZF2能够提高拟南芥的耐盐性[9]；棉花中的CCCH锌指蛋白GhZFP1显著地提高转基因烟草的耐盐性以及抗真菌的能力[10]。

柳枝稷(Panicum virgatum L.) 属于禾本科(Gramineae)黍属(Panicum)，是多年生C4草本植物，主要用于生物能源和动物饲草。为避免与粮食作物的竞争，大量柳枝稷经常种植于边缘地区，同时这些地区经常伴有多种非生物胁迫，如盐害、干旱和极端温度，从而限制了植物的生长。近来，研究发现柳枝稷家族中的CCCH基因分为21个分支，其中第十四分支中CCCH基因与生物胁迫相关[11]，本实验由此进一步筛选出与非生物胁迫相关的目标基因CCCH72，发现其与多种非生物胁迫相关，并对其进行功能分析。

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2. 研究的基本内容和问题

（1）研究目标

根据柳枝稷中CCCH家族的分类，推定一些基因与非生物胁迫相关，筛选出与非生物胁迫相关的基因，确定目标基因并分析其功能。

（2）研究内容

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3. 研究的方法与方案

（1）研究方法

①文献综述法

查阅文献，了解CCCH基因的功能，归纳该类基因并进行生物信息学分析，找出该类基因的保守区序列。熟悉基因克隆技术及流程，掌握转基因技术。

②分析法

通过生物信息学相关软件的分析，克隆若干CCCH基因，完成基因的进化树分析，确定其同源基因，并参考同源基因相关文献，为研究基因的功能提供思路。

③实验法

通过荧光定量PCR法验证不同逆境条件下柳枝稷不同CCCH基因的表达水平，初步分析筛选出与非生物胁迫相关的基因；并将这些与非生物胁迫相关的CCCH基因转入到烟草中，使其过量表达，观察转基因株系表型，通过表型及生理性状的分析，最终确定其基因功能。

通过研究报告和科技论文的方式，完成整个项目的总结。

（2）技术路线（见附件）

分析表型，测定生理指标

不同胁迫下基因定量表达

在烟草中过量表达

筛选出柳枝稷逆境胁迫相关基因

克隆CCCH类基因


确定基因功能

见附件


（3）可行性分析

以下从实验材料、技术路线、实验条件几个方面进行可行性分析：

实验材料充足：目前课题组苗圃保存有柳枝稷资源，为本项目提供坚实的保障。

技术路线合理：该项目的提出建立在指导教师在以往研究工作的经验基础之上，进一步开拓创新，且思路成熟，具备良好的技术储备。

实验条件和科研团队：草业学院草坪草生理生化与分子生物学实验室属千人计划和长江学者特聘教授黄炳茹牵头成立。实验室由四部分组成，包括生理室、分子室、组培室、人工气候室，仪器设备齐全，科研氛围优异。项目组有老师、博士后、在读博士和硕士研究生若干名，为实验的顺利完成提供有力保障。

综上所述，本项目的开展是切实可行的。

4. 研究创新点

（1）本研究项目以柳枝稷为研究对象，目前有关柳枝稷抗逆基因挖掘研究较少；本项目率先在柳枝稷克隆抗逆相关CCCH基因，并进行功能验证。

（2）项目将进行各类生物信息学分析，为生物信息学学习提供了一个较好的平台。

5. 研究计划与进展

（1）2015.6~2015.7

熟悉各类生物信息学软件，检索柳枝稷CCCH基因。

柳枝稷的种植与管理，提取不同逆境处理时期的植物RNA。

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