梨‘中矮1号’LUE1基因克隆及功能分析

发布时间：2020-05-14 08:20

【摘要】：‘中矮1号’是梨树栽培中优良的矮化砧木,其本身树体矮化,枝条短而粗壮,作为中间砧木能够促进树体矮化,并且具有早结果、早丰产、品质优等特点,但其矮生和致矮机理尚不明确。已有研究表明,植物枝条的生长与细胞伸长有关,LUE1作为微管切割蛋白—Katanin蛋白家族的成员是一种与植物细胞伸长生长相关的基因。因此本文以LUE1基因为对象进行研究,以期为说明‘中矮1号’的矮化机理提供一定理论依据。研究所得结果和结论如下:1、以梨矮化品种‘中矮1号’、‘中矮3号’,半矮化品种‘锦香’以及乔化品种‘早酥’和‘华酥’一年生幼嫩枝条为试材,利用石蜡切片技术分析枝条解剖结构,结果显示矮化品种与半矮化品种和乔化品种间枝条组织细胞长度和细胞的排列方式存在较大差异。2、根据白梨(P.bretschneideri Rehd.)基因组预测的相关基因序列信息设计特异引物,分别在上述5个品种中克隆得到候选基因,序列分析显示在5个品种中该候选基因编码区全长均为1566 bp,编码521个氨基酸,且保守结构域氨基酸序列一致,推测该基因在不同梨品种中发挥相同的功能。与苹果(XP_008347483.1)、葡萄(XP_002284955.2)、蒺藜苜蓿(XP_013454727.1)的Katanin P60基因氨基酸序列的相似性在78.01%-98.66%之间,将该基因命名为PcLUE1。3、对5个梨品种不同生长期阶段内的树枝条长度进行统计分析,结果显示,5月22-29日和6月5日-12日两个时期内,乔华品种‘早酥’和‘华酥’的枝条生长速率明显高于半矮化品种和矮化品种。4、qRT-PCR分析发现,在梨新梢快速生长时期,PcLUE1基因在生长慢的矮化品种‘中矮1号’和‘中矮3号’嫩茎中的表达量显著高于半矮化品种‘锦香’及生长较快的乔化品种‘早酥’和‘华酥’。5、为PcLUE1基因构建了植物过表达载体,并将其导入烟草,结果表明,过表达PcLUE1基因的烟草植株与对照相比,株高降低,叶片变小、颜色变深,与‘中矮1号’中PcLUE1基因高表达效应极为相似,表明PcLUE1基因可能与‘中矮1号’的矮化相关。
【图文】：

结构示意图,微管,蛋白

参与调控细胞正常形态构建，细胞结构维持、细胞内物质运输（Hirok细胞有丝分裂（Kline-Smith et al.，2004）等生命活动。细胞内微管处于一种可态，通过对微管动态的精确调控，细胞正常生理功能得以发挥。内微管动态平衡的精确调控需要多种相关蛋白的参与，目前发现的与微管动态要包括 Kinesin 驱动蛋白（Verhey et al.，，2009；Hirokawa et al.，2009），MAP2族（Hamada et al.，2004），EB1 微管末端作用蛋白家族（Gouveia et al.，2010）蛋白（Roll-Mecak et al.，2010）等。其中，Katanin 微管切割蛋白通过切割作平衡的方式较为特殊。本本分从 Katanin 蛋白的结构组成、作用机理及在不同学功能等方面进行阐述。微管切割蛋白 Katanin 的结构及功能anin 是一类具有催化 ATP 水解功能和微管切割修饰功能的蛋白（McNally，1Roll-Mecak，2005）和 Fidgetin（Yang et al.，2005）两类具有微管切割活性的II（endosomal sorting complexes required for transport）聚合物的解聚蛋白 Vps4（orting ）（Scheuring et al.，2001）结构相似，具有两个与 AAA (ATPases Assoc cellular Activities) 同源的结构域：MIT（microtubule interacting and trafficking）和AAAATPase cassette）（图 1.1），同属于 AAA 蛋白家族（Lupas et al.，2002）

结构示意图,亚基,微管

基氨基端区域的晶体结构显示该区域形成一束具有三股螺旋的结ule interacting and trafficking）结构域极其相似，称之为微管结合域（tuBD）（Roll-Mecak，2005），是 Katanin 蛋白与微管蛋白相结合的主要区域于该结合域（图 1.2 A）的两个螺旋位点，由携带有大量正电荷的氨基酸带有负电荷的氨基酸残基发生相互作用，使蛋白间发生结合，为下一步反x-2 螺旋位点含有一个 Ca2+结合位点，该结合位点产生的静电作用使 P60 ATP 水解速率降低的情况下也可以结合到一起（Iwaya et al.，2012）。基作为一个调控亚基其自身不具备微管切割功能，主要对 Katanin 的蛋白目标等进行调控（McNally，2000），间接参与微管切割活动。位于 P80 亚一个具有控制 P80 亚基与中心体及其他微管结合蛋白间的相互作用的功能一个 WD40 结构域，负责定位 Katanin 切割位点（Hartman et al.，1998）纺锤体两极微管的解聚等。C 端氨基酸区域含有一个 Con-80 结构域，主 P60 亚基和等蛋白间的结合（Ghosh et al.，2012）（图 1.2 B）。n 蛋白微管切割功能的发挥依赖于 P60 亚基和 P80 亚基功能位点的共同作 P60 亚基已具备微管切割能力，但其剪切活性要比完整的 Katanin 活性低（示，P80 亚基存在的情况下 P60 亚基的微管切割活性会大幅度提高，这可用和对 P60 亚基活性构象的稳定作用有关（Hartman et al.，1998）。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S661.2

【参考文献】