水稻OsAMI10基因的起源及其功能的初步研究
发布时间：2020-02-05 10:26
【摘要】：酰胺的合成不仅为植物储存了氮素而且能消除因氨浓度过高而产生的毒害作用。氨毒的表现是使光合磷酸化解偶联,影响ATP的形成,因此对酰胺代谢相关基因的研究具有重要的理论与应用价值。水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT),是指在没有生殖关系的不同物种之间遗传物质的交流过程。水平基因转移是生物体除垂直遗传外另一种获得遗传信息的方式。水平基因转移事件的发生增加了生物体的遗传变异,引起生物体功能的改进和革新,增强了生物体对环境的适应能力。已有研究表明,陆生植物中的酰胺酶家族在进化上起源于水平基因转移事件,并以细菌为供体。为对其进行进一步的研究,本实验以陆生植物中酰胺酶家族成员水稻OsAMI10基因作为研究对象,利用生物信息学和反向遗传学的方法,对该基因的起源和功能进行了初步的探讨：1.以水稻OsAMI10基因作为检索序列,对NCBI的nr蛋白质数据库、Phytozome植物基因组数据库等检索发现,除裸子植物挪威云杉(Piceaabies)外,其余目前已经完成测序的陆生植物中均具与OsAMI10高度同源的基因,并且也没有在裸子植物基因组中发现编码AMI10蛋白质的基因。对绿色植物代表性物种基因组的进化分析显示,小立碗藓、番茄、雷蒙德氏棉的AMI1O同源基因均是在其他物种分化之后通过基因复制的方式产生的。二穗短柄草的2个同源基因是通过串联重复形成的一对同源基因。通过对内含子相位和位置的比较发现,尽管存在内含子丢失和获取等进化机制,但植物AMI1O基因的内含子位置在大部分物种中是保守的。2.对在nr数据库中获得的AMI1O高度同源的基因进行了系统发育树的构建,结果发现绿色植物的AMI10基因是单次起源的。系统发育树将AMI1O高度同源的基因划分为2个同源基因簇(A和B),植物的AMI1O基因是同源基因簇A中的细菌物种水平转移至植物中的结果,起源的时间可能是在轮藻与chlorophyta类绿藻分化之前。3.利用一对基因组引物LP和RP以及一个T-DNA边界引物BP进行纯合突变体鉴定,然后对鉴定为纯合突变体的植株进行OsAMI10基因表达水平分析,结果表明,osami10纯合突变体OsAMI10基因的表达量相比于野生型变化并不明显,这可能是由于T-DNA插入在内含子上从而导致OsAMI10基因表达变化不明显。4.过表达和RNAi植株与野生型植株在表型上存在明显差异。在水稻生长的全生育期分别测量野生型、过表达和RNAi植株的农艺性状,结果显示,过表达植株的株高显著高于野生型,百粒重则低于野生型；RNAi植株的分蘖、穗数和百粒重则显著低于野生型。5.水稻OsAMI10基因可能与叶绿素合成有关。在水稻生长至四叶期测量野生型和RNAi植株的叶绿素含量,结果表明,RNAi植株的叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量都极显著地低于野生型。对OsAMI10基因进行干扰沉默会影响植株叶绿素的合成,由此推测OsAMI10基因可能与叶绿素合成有关。6.水稻OsAMI10基因的表达受氮素的调控。为明确氮素对水稻OsAMI10基因表达的影响,对Dongjin四叶期幼苗进行缺氮胁迫。结果显示,OsAMI10基因表达受缺氮处理的抑制,在缺氮培养6h时达到最低值,在6h后略有上升并趋于稳定,并在恢复供氮1d后表达量基本恢复处理之前的水平。7.水稻OsAMI10基因编码的蛋白具有酰胺酶活性。OsAMI10蛋白结构域预测结果显示该蛋白属于酰胺酶家族,可能具有酰胺酶活性。为进一步验证这一结果,于水稻四叶期测定野生型、过表达和RNAi植株叶片谷氨酰胺酶的活性,结果显示过表达植株和RNAi植株与野生型植株之间的差异均达到了极显著水平,这表明水稻OsAMI10基因编码的蛋白具有酰胺酶活性,与结构域预测的结果相吻合。
【图文】：
为进一步研究提供基础。逡逑１．２憸胺酶的研究进展逡逑憸胺酶是广泛存在于原核细胞和真核细胞中的一类水解酶（图１．１）邋口４］，它能够催化憸逡逑胺水解生成相应的}舅岷桶保簦鳎椤：ò访缸畛醣蝗衔橇虼济福耍铮猓幔幔螅瑁椋郏担叮菡业搅藨湴访傅腻义匣钚晕坏悖っ髁藨湴访赣胩於彼岬鞍酌钢涞慕叵怠Ｈ嗣嵌宰冒访讣易宓难绣义暇考河泻艹な奔洌云浞从砟壳安⒉皇呛芮宄ｅ义咸镥义贤翓卞义蟍xuvｒ逡逑ｒＵｎｔｓ逦一＾逡逑ｉｋｉｅＡｉｅＷ＊＊－逡逑图１．１憸胺酶在自然界中的分布逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｎａｔｕｒａｌ邋ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ邋ｏｆ邋ａｍｉｄａｓｅｓ邋ｉｎ邋ｎａｔｕｒｅ［５４］逡逑１．２．１焌胺酶的分类逡逑憸胺酶在自然界中存在广泛。早期研究人员将憸胺酶主要分为两大类：广谱憸胺酶和逡逑立体异构选择性憸胺酶。目前憸胺酶常见的分类方式有很多种，这些分类主要是基于憸胺逡逑酶催化活性、进化关系、氨基酸序列等Ｐ７－Ｗ。根据催化活性将憸胺酶分为：Ｄ－氨r烂浮ⅲǎ兀义习被鶓湴访浮⒅舅釕湴访浮⑹中詰湴访浮⒎枷阕蹇岚访负凸闫讘湴访福ㄍ迹保玻╁澹簦鳌８蒎义习被嵝蛄锌桑保薹治粲趹湴访感藕偶易宓膽湴访负椭咀鍛湴访浮８荽呋牧⑻逖≡皴义闲缘牟煌煞治樱蛻湴访负停遥蛻湴访浮ｅ义
本文编号：2576621
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