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研究生:藍偉傑
研究生(外文):Lan Wei Chieh
論文名稱:台灣原生杜鵑細胞質第一型sHSP適應性演化
指導教授:黃士穎
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:生物科技研究所
學門:生命科學學門
學類:生物科技學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:杜鵑花科適應演化細胞質第一型低分子量熱休克蛋白台灣原生杜鵑
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台灣原生杜鵑為杜鵑花科,杜鵑花屬植物,屬常綠灌木或小喬木,廣泛分布於台灣全島,其棲息地的海拔上限可達3900公尺。在高海拔的環境下植物常需面臨許多比低海拔環境更強的逆境,包含低溫、低氧分壓與高輻射等。當植物面臨逆境便會誘導出Heat shock protein ( HSP )以保護可能受逆境破壞或是已受逆境破壞的蛋白質。Small heat shock protein ( sHSP )為HSP的一類,其分子量由12 – 42 KDa。在植物界具有多種sHSP基因家族,而此現象僅能在植物中發現。此外,許多對sHSP的研究發現,除了熱逆境下會誘導sHSP的表現外,在胚發育、萌芽、胚胎形成、花粉發育、果實成熟、滲透性的逆境、受ABA作用、氧化逆境、低溫與重金屬逆境等狀況下,都會誘導各種不同sHSP基因家族的表現。可以說是植物為抵抗逆境而演化出的獨特機制。
適應演化即受天擇而使有利於生物生存的突變固定下來,而在此天擇作用下的選汰壓力,便稱為正向選汰( positive selection )壓力。偵測選汰壓力的指標則採用比較非同義取代( dN )及同義取代( dS )的比值ω,若ω大於1則表示受到正向選汰作用,對生物生存有利的突變被固定下來;若ω小於1則表示受淨化天擇作用( purifying selection )有害的突變將會被篩選掉;若ω等於1時,則表示所發生的突變不足以影響蛋白質功能。本研究中以Codon-base Maximum Likelihood方法,偵測密碼子的取代及所受到的演化壓力,並尋找台灣原生杜鵑經歷適應演化的證據。
在本研究中,發現台灣原生杜鵑細胞質第一型sHSP ( CI sHSP )的序列分為兩大類型,表示基因曾經經歷過duplication,而產生兩套不同的CI sHSP。在兩類型CI sHSP的胺基酸序列比較中,發現Type I較Type II保守,而Type II胺基酸序列內有較多的序列內重複,這表示Type II序列可能是基因duplication事件後正在快速發展中的一類型。
在codon取代模式的偵測後,可以發現9個胺基酸位置的非同義取代受正向選汰作用影響。其中,有胺基酸取代位置位於有關sHSP寡聚合體聚合及二聚體聚合的關鍵位置,而取代後胺基酸間鍵結疏水性可能發生變化,這些變化有可能使台灣原生杜鵑CI sHSP的功能增強。
本研究中,偵測到台灣原生杜鵑CI sHSP有某些胺基酸位點的取代受正向選汰作用,而這些胺基酸的取代很可能影響CI sHSP的功能,使台灣原生杜鵑更能適應高海拔的環境。
摘要----------------------------------------------------------------------------------------1
前言----------------------------------------------------------------------------------------5
前人研究----------------------------------------------------------------------------------7
杜鵑植物簡介----------------------------------------------------------------------7
熱休克蛋白的功能及簡介-------------------------------------------------------8
低分子量熱休克蛋白的結構、功能簡介-------------------------------------8
Duplication事件後基因的命運------------------------------------------------11
以統計方法偵測選汰壓力------------------------------------------------------11
偵測選汰壓力的模式介紹-----------------------------------------------------15
材料與方法-----------------------------------------------------------------------------17
植物材料--------------------------------------------------------------------------17
葉片樣本處理--------------------------------------------------------------------17
DNA萃取-------------------------------------------------------------------------17
DNA定量與稀釋----------------------------------------------------------------19
設計引子--------------------------------------------------------------------------19
PCR流程--------------------------------------------------------------------------19
電泳分析--------------------------------------------------------------------------20
勝任細胞轉型及藍白篩選-----------------------------------------------------20
親源關係及序列分析-----------------------------------------------------------21
結果--------------------------------------------------------------------------------------23
台灣原生杜鵑CI sHSP基因定序結果--------------------------------------23
台灣原生杜鵑CI sHSP序列排序結果及重建親緣關係樹並與其他
物種進行親緣關係的重建-----------------------------------------------------24
選汰壓力檢測分析--------------------------------------------------------------26
二次結構預測分析--------------------------------------------------------------27
討論--------------------------------------------------------------------------------------28
台灣原生杜鵑CI sHSP的gene duplication--------------------------------28
台灣原生CI sHSP親緣關係分析--------------------------------------------29
台灣原生杜鵑CI sHSP基因選汰壓力分析--------------------------------30
台灣原生杜鵑CI sHSP二次結構的討論-----------------------------------32
結論--------------------------------------------------------------------------------------35
參考文獻--------------------------------------------------------------------------------36

表次--------------------------------------------------------------------------------------41
Table 1.-----------------------------------------------------------------------------------41
Table 2.-----------------------------------------------------------------------------------42
Table 3.-----------------------------------------------------------------------------------42
Table 4.-----------------------------------------------------------------------------------43
Table 5.-----------------------------------------------------------------------------------43
Table 6.-----------------------------------------------------------------------------------44
Table 7.-----------------------------------------------------------------------------------45
Table 8.-----------------------------------------------------------------------------------45
Table 9.-----------------------------------------------------------------------------------46
Table 10.---------------------------------------------------------------------------------47
Table 11.---------------------------------------------------------------------------------48
Table 12.---------------------------------------------------------------------------------48
Table 13.---------------------------------------------------------------------------------49
Table 14.---------------------------------------------------------------------------------50

圖次--------------------------------------------------------------------------------------51
Fig 1.-------------------------------------------------------------------------------------51
Fig 2.-------------------------------------------------------------------------------------51
Fig 3.-------------------------------------------------------------------------------------52
Fig 4.-------------------------------------------------------------------------------------53
Fig 5.-------------------------------------------------------------------------------------54
Fig 6.-------------------------------------------------------------------------------------55
Fig 7.-------------------------------------------------------------------------------------56
Fig 8.-------------------------------------------------------------------------------------56
Fig 9.-------------------------------------------------------------------------------------57
Fig 10.------------------------------------------------------------------------------------58
Fig 11.------------------------------------------------------------------------------------59
Fig 12.------------------------------------------------------------------------------------60
Fig 13.------------------------------------------------------------------------------------61
Fig 14.------------------------------------------------------------------------------------62
Fig 15.------------------------------------------------------------------------------------63
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