木薯SR蛋白家族的系统命名及表达分析

发布时间：2020-03-30 12:24

【摘要】：选择性剪接是真核生物基因表达的一种重要调控机制。同一个前体mRNA(pre-mRNA)经过选择性剪接可以形成多种不同的成熟mRNA,从而翻译出很多具有不同结构和功能的蛋白,也是产生蛋白多样性的主要方式。真核生物的剪接因子是选择性剪接的参与者和直接调控元件。作为最重要的两类基本剪接因子之一,SR蛋白家族,具有一个富含丝氨酸/精氨酸(S/R)重复序列的RS结构域,在RNA剪接体的组装和选择性剪接的调控过程中具有重要的作用。近年来,关于植物中SR蛋白家族的研究已取得长足进展,但多限于拟南芥和水稻等模式植物中,而对木薯这一重要经济作物的相关研究未见报道。本研究以木薯为研究材料,基于已完成测序的木薯基因组数据库,利用Blast等程序鉴定到18个可编码木薯SR蛋白的基因,通过MEGA程序构建了系统发生树且进行了系统命名,并对木薯SR蛋白的部分生物学功能进行了初探,具体研究结果如下:首先,通过氨基酸序列多重比对,按照植物SR蛋白的结构特性和同源性,将所鉴定到的18个木薯SR蛋白归入SR蛋白的六大亚家族,并进行了蛋白理化性质分析。结果表明,由于富含带正电荷的Arg残基,SR蛋白均为亲水的碱性蛋白。对基因结构的分析可知,同一亚家族的成员在外显子/内含子数目上具有一定的保守性,而外显子和内含子长度不同。对基因启动子区包含的顺式作用元件的分析预测表明,其特异性元件主要包括光应答元件、各种激素应答元件、胁迫应答元件等,初步映证了木薯SR蛋白与逆境胁迫关系密切。其次,提取了木薯不同组织和胁迫处理下的RNA样本,通过RT-PCR和qRT-PCR对其剪接方式和表达模式进行分析,发现18个木薯SR基因中有14个(78%)表现出组织特异性的选择性剪接。此外,逆境胁迫处理增加了基因的不同剪接方式,且部分SR蛋白的基因表达和剪接模式受到一种或多种胁迫的影响,这与拟南芥中的相关结果相一致。另外,ABA处理后大部分木薯SR蛋白都出现不同的剪接模式,而拟南芥中只有三个基因出现剪接差异。最后,为进一步研究木薯SR蛋白的生物学功能,以木薯不同组织部位和不同逆境处理的RNA为材料,利用Gateway BP克隆酶将18个木薯SR蛋白转入到pDONR207入门载体中,并通过Gateway LR克隆酶转入到含有在N或C末端的GFP蛋白标签的载体中。通过烟草瞬时表达系统表达GFP融合蛋白,研究发现木薯18蛋白都具有位于细胞核中的荧光信号,表明木薯SR蛋白是核定位蛋白,这与SR蛋白作为重要剪接因子参与和调控转录后剪接的生理功能相一致。
【图文】：

序列,选择性剪接

木薯ＳＲ蛋白家族的系统命名及表达分析是蛋白结构和功能多样性的增加。同一邋ｐｒｅ－ｍＲＮＡ经过选择性剪接产体，这些剪接变体具有不同的核苷酸数目和序列，相应地被翻译成具基数目和序列的多肽链，从而折叠成拥有不同二、三级结构和结构域白在生物活性、稳定性、信号转导、定位和功能等方面也各不相同。有保守或可变结构域的蛋白家族的一种重要机制，并可能代表一种在非常重要的模型（Ａｎｄｒｅａｄｉｓｅｔａｌ．，１９８７）。逡逑是对转录后ｍＲＮＡ命运的影响，包括改变ｍＲＮＡ的稳定性和无邋衰变（ｎｏｎｓｅｎｓｅ－ｍｅｄｉａｔｅｄ邋ｄｅｃａｙ，邋ＮＭＤ）邋（Ｋａｌｙｎａｅｔａｌ．，，２０１２）。改的选择性剪接主要发生在５’或３’邋ＵＴＲ邋（非编码区），这些区域与ｍ衰期密切相关。ＮＭＤ是一种监督机制，它选择性地降解由于移码或终止翻译的ｍＲＮＡ邋（刘静等，２０１５）；当ＩＲ序列中保留的内含子含，该ｍＲＮＡ常经由无义介导衰变而降解。这一过程间接对相应基因控。逡逑逦邋一邋？，‘一？？邋产、逦逡逑￣￣

分布情况,蛋白,调控功能,结构域

图１．２植物ＳＲ蛋白亚家族结构域（Ｂａｒｔａｅｔａｌ．，邋２０１０）逡逑Ｆｉｇｌ．２邋Ｄｏｍａｉｎ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｌａｎｔ邋ＳＲ邋ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｓｕｂｆａｍｉｌｉｅｓ邋（Ｂａｒｔａ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１０）逡逑ＳＲ蛋白主要行使剪接调控功能，在外显子决定的复合体中，ＳＲ蛋白特异性结合逡逑ＥＳＥ，通过Ｕ２ＡＦ邋（Ｕ２ｓｎＲＮＰ的辅因子）结合激活上游弱的３’剪接位点；或通过逡逑ＵｌｓｎＲＮＰ结合激活弱的５’剪接位点（Ｇｒａｖｅｌｅｙ，２０００）。如果一段ｐｒｅ－ｍＲＮＡ中内逡逑含子有２个以上，那么高浓度的ＳＲ蛋白倾向于选择最近的５’邋ＳＳ，而不会激活较远逡逑的５’邋ＳＳ，这种近端效应可能在选择性剪接的调控中发挥重要作用。此外，ＳＲ蛋白逡逑还在多种代谢途径中发挥着重要调控作用，包括ｍＲＮＡ输出、ＤＮＡ和ＲＮＡ稳定性、逡逑ｍｉｃｒｏＲＮＡ加工、ｍＲＮＡ质量控制、转录和翻译调控等。除ＳＣ３５因其自身存在核滞逡逑留信号只在细胞核中出现外，其它ＳＲ蛋白都是核质穿梭蛋白，这种定位差异暗示了逡逑它们可能执行不同的功能。细胞核中ＳＲ蛋白的分布并不均匀；它们大多富集在核散逡逑斑（ｎｕｃｌｅａｒ邋ｓｐｅｃｋｌｅｓ）区域，家族成员间的分布情况十分相似（Ｓｉｎｇｅｒ邋ｅｔａｌ．，１９９７）。逡逑通常认为，核散斑是核内剪接因子的储存库；该区域与细胞内的活性基因相互作用，逡逑使转录与剪接更加有效地相藕联（Ｍｉｓｔｅｌｉｅｔａｌ．，１９９９），为基因快速有效表达提供了逡逑良好的时空环境。逡逑
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2;S533

【参考文献】