3种植物Ran基因的克隆及序列分析(摘要)(英文)

[目的]研究洋葱、大蒜和油菜中Ran基因与拟南芥Ran2基因的同源性,以确定3种植物材料能否作为拟南芥的替代材料研究Ran定位。[方法]采用RT-PCR方法,以拟南芥Ran2的引物分别从洋葱、大蒜和油菜分裂细胞提取的总RNA中扩增出相应片段DNA(AcRan,AsRan,BnRan),经凝胶电泳回收相应PCR产物,克隆到pMD18-T载体上,转化到DH5α中,抽提质粒,经酶切、PCR鉴定确定阳性克隆,将阳性克隆的菌体进行测序、比对分析。[结果]洋葱、大蒜和油菜的Ran基因开放阅读框分别为666、663和666bp;分别编码221、220和221个氨基酸,分子量约24.3kD;与拟南芥AtRan2氨基酸序列同源性分别为99.1%、100%(除末端缺少1个天冬氨酸D外)和96.4%;进化树分析显示洋葱和大蒜Ran基因与拟南芥进化关系更近,其根尖可代替拟南芥根尖研究Ran基因的定位或相关生物学功能。将该实验克隆的3种植物Ran基因序列与收集的14种植物的Ran序列共28种进行氨基酸同源性比对及进化树分析表明,高等植物Ran基因绝大多数在进化树中处于同一位置,同源性高达90%以上(拟南芥AtRan4和水稻OsRan4例外),因此,它们可能在植物细胞分裂过程中起着相似的作用;且3种植物在受动结合域(EBD)和酸性末端(AT)存在不同;而拟南芥AtRan4缺少这2个功能域,可能与AtRan1～3具有不同的作用。[结论]为进一步研究植物Ran基因的生物学功能奠定了基础。     

拟南芥Ran2小GTP结合蛋白抗血清的制备及其FITC荧光标记

将原核表达、纯化的Ran2蛋白对新西兰兔进行免疫制备抗血清,ELISA测定其效价为1∶51 200。免疫印迹分析表明,原核表达、纯化的Ran2和拟南芥可溶性蛋白杂交带均在26 ku处。FITC荧光标记抗体检测Ran2绿色杂交带主要出现在细胞分裂间期的核膜上。     

3种植物Ran基因的克隆及序列分析

［目的］研究洋葱、大蒜和油菜中Ran基因与拟南芥Ran2基因的同源性,以确定3种植物材料能否作为拟南芥的替代材料研究Ran的定位。［方法］采用RTPCR方法,以拟南芥Ran2的引物分别从洋葱、大蒜和油菜分裂细胞提取的总RNA中克隆出同源基因,进行测序、比对分析。［结果］洋葱、大蒜和油菜的Ran基因开放阅读框分别为666、663和666bp;分别编码221、220和221个氨基酸,分子量约24.3kD;与拟南芥AtRan2氨基酸序列同源性分别为99.1%、100.0%（除末端缺少1个天冬氨酸D外）和96.4%;进化树分析显示洋葱和大蒜Ran基因与拟南芥进化关系更近。［结论］为进一步研究植物Ran基因的生物学功能奠定了基础。     

拟南芥Ran2基因超表达和RNAi载体的构建

根据编码拟南芥小GTP结合蛋白的Ran2基因cDNA全序列设计超表达引物和序列内部第397-610bp之间序列设计RNAi引物,以pMD18-T-Ran2为模板,用PCR方法分别扩增出666bp和214bp的片段,分别连接至双元表达载体和RNAi载体上,得到了植物超表达载体pBI-Ran2和RNAi载体Hellsgate2-Ran2,并用电转化法导入农杆菌GV3101菌株中,PCR扩增结果表明所构建的植物超表达载体pBI-Ran2和RNAi载体Hellsgate2-Ran2已导入农杆菌。     

拟南芥磷酸肌醇特异性磷脂酶C(AtPLC2)的亚细胞定位分析

为明确拟南芥磷酸肌醇特异性磷脂酶C(AtPLC2)的亚细胞定位情况,本研究构建了AtPLC2基因融合GFP标签的表达载体35S:PLC2-GFP,并通过农杆菌介导的遗传转化方法,将重组质粒转化本氏烟草叶片,转基因烟草叶片细胞利用激光扫描共聚焦显微镜观察,绿色荧光蛋白荧光信号与细胞质膜重合,表明拟南芥AtPLC2基因定位于细胞质膜上,研究结果为明确拟南芥AtPLC2基因的功能奠定了良好的基础。     

根瘤农杆菌T-DNA结合蛋白VirD2和VirE2在水稻中的亚细胞定位研究

根瘤农杆菌侵染植物过程中,至少有5种毒性蛋白（Vir）进入宿主细胞发挥作用,而其中VirD2与VirE2的作用最为关键,研究二者在水稻中的亚细胞定位,对农杆菌介导的水稻遗传转化机制的阐明具有重要意义。利用水稻叶鞘原生质体瞬时表达系统,发现3种冠瘿碱型的VirD2均只定位于细胞核中,与在拟南芥中相同;而3种冠瘿碱型的VirE2均主要定位于细胞核中,但在细胞质中仍有较多分布,与在拟南芥中的定位不同。因此,推测不同冠瘿碱型的农杆菌对水稻侵染能力的差异与VirD2和VirE2亚细胞定位的关系不大;同时表明根瘤农杆菌介导的拟南芥及水稻遗传转化机制存在相似性,但也有不同之处。     

拟南芥ATMYB2转录因子的cDNA序列分析及其细胞定位

根据GenBank中收录的拟南芥At Myb2基因(GenBank登录号:AK229140)的cDNA序列设计1对引物,对拟南芥中叶片提取的总RNA进行扩增和克隆,并将拟南芥ATMYB2蛋白氨基酸序列进行同源性比较和蛋白定位分析.结果表明:At Myb2基因cDNA全长为816 bp,编码272个氨基酸和1个终止密码子,具有2个典型的MYB类转录因子基因的DNA结合区,分别为23-70、79-118位氨基酸,属于典型的R2,R3-MYB转录因子;经过氨基酸比对发现,拟南芥ATMYB2蛋白与水稻的ATMB18蛋白同源性最高,为44.60%.对拟南芥At Myb2基因进行RT-PCR扩增,结果表明基因片段未发生任何突变;通过拟南芥ATMYB2与EGFP形成融合蛋白对AT-MYB2进行了定位,发现ATMYB2蛋白在细胞核内能够表达,符合作为转录因子的表达特征.     

拟南芥Ran2基因的原核表达及产物的纯化

采用RT-PCR方法扩增Ran2cDNA完整的编码区序列,构建pTYB2-Ran2重组质粒,转化大肠杆菌ER2566,经IPTG诱导蛋白表达后SDS-PAGE分析表达产物及存在形式。结果表明,表达的蛋白26ku与预期的理论值一致,并以包涵体形式存在;包涵体经纯化、破碎变性、复性及PBS透析,得到纯度较高的表达蛋白(Ran2)。     

拟南芥PGK基因家族功能的初步分析

磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase)是一类进化上非常保守的蛋白家族,因而利用模式植物拟南芥研究PGK家族基因功能具有普遍意义。拟南芥基因组中含有三个PGK基因家族成员(PGK1,PGK2和PGK3),但是对于它们的基因表达模式和蛋白定位的研究还不是很清楚。本文利用实时荧光定量PCR技术检测了PGK基因家族的表达模式,结果表明三个PGK基因在拟南芥的各个组织器官和发育阶段中都有表达。利用拟南芥原生质体瞬时转化系统对三个PGK蛋白进行亚细胞定位,结果显示PGK1和PGK3定位于细胞基质,而PGK2定位于叶绿体。另外,我们分离得到了PGK2基因的T-DNA插入敲除突变体pgk2。pgk2在正常条件下表现出叶片黄化,PR1基因上调表达和H_2O_2过量积累等类似于超敏反应的细胞死亡表型。进一步的遗传分析表明pgk2的细胞死亡表型和T-DNA插入位点紧密连锁,暗示着pgk2的细胞死亡表型是由于PGK2的基因缺失造成的,因此PGK2可能在调控植物细胞程序化死亡过程中有重要作用。以上研究结果对于进一步探讨PGK基因家族的功能具有重要的参考价值。     

拟南芥AGO2的亚细胞定位分析

Argonaute(AGO)是一类高度保守的蛋白,对基因沉默和植物抗病性起重要调控作用。为进一步了解AGO作用机制,今采用生物信息学技术对拟南芥AGO蛋白各成员的细胞定位进行预测,并对AtAGO2进行亚细胞定位分析。10个拟南芥AGO蛋白均不含信号肽序列,表明它们不是外泌蛋白。AtAGO1,AtAGO2,AtAGO3,AtAGO4和AtAGO9带有核定位信号,但携带的核定位信号肽序列各不相同,显示这些AGO蛋白可能定位于细胞核。通过克隆AtAGO2全长序列,构建获得与报告基因eGFP融合表达的细胞定位检测载体pCHF3-eGFP∷AtAGO2,采用农杆菌介导的方法将其瞬时表达于本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中,激光共聚焦显微镜观察结果表明,AtAGO2蛋白定位于细胞质和细胞核中。茉莉酸(jasmonic acid,JA)处理诱导AtAGO2蛋白在细胞质膜及其周围"颗粒化"聚集,但抗病诱导剂苯并噻二唑(benzothiodiazole,BTH)处理不影响AtAGO2蛋白的亚细胞定位。这些结果说明AtAGO2可能通过JA途径参与植物抗病性的调控。     

日本囊对虾Ran基因的克隆表达与蛋白质GTP结合活性分析

在对虾抑制性差减杂交（suppression subtractive hybridization,SSH）研究过程中,首次发现一段经同源比较为Ran基因的部分序列,在抗病对虾中上调表达.为了进一步探索对虾Ran基因的功能,通过RACE-PCR的方法克隆得到了对虾Ran基因全长共1441个碱基,其中开放阅读框为645个碱基,共编码215个氨基酸,这是首次在海洋无脊椎动物体内克隆到该基因.本研究还将该基因克隆到原核表达载体PGEX-4T-2中并转化大肠杆菌BL21,37℃下诱导6h,超声裂解表达菌株,结果表明GST-Ran融合蛋白在大肠杆菌中为可溶性表达,蛋白大小约为50ku,经纯化得到了纯度大于90%的GST-Ran融合蛋白.随后的GTP结合试验验证了Ran蛋白具有GTP结合活性.     

猪颗粒细胞中Ran的定位及作用

试验成功地培养了猪颗粒细胞,并采用激光共聚焦显微技术研究细胞有丝分裂过程中Ran的定位变化。结果表明,猪间期颗粒细胞中,Ran主要分布于细胞核内,核仁内没有Ran分布,细胞质中Ran浓度极低。核膜破裂,细胞进入有丝分裂,Ran分布到整个细胞,但在染色体周围浓集;在有丝分裂中期,浓集区形态和纺锤体的形态一致;在有丝分裂后期和末期,Ran的浓集区随纺锤体的拉长而分布于被分开的两组染色体之间;有丝分裂结束后,随着细胞核的形成,Ran在染色体周围浓集,核膜形成后又浓集于细胞核内,在整个有丝分裂中,Ran在细胞分裂区的细胞膜下未见特殊分布。这些分布与Ran在细胞周期中的作用是一致的。     

Role of importin-beta in coupling Ran to downstream targets in microtubule assembly

The guanosine triphosphatase Ran stimulates assembly of microtubule asters and spindles in mitotic Xenopus egg extracts. A carboxyl-terminal region of the nuclear-mitotic apparatus protein (NuMA), a nuclear protein required for organizing mitotic spindle poles, mimics Ran's ability to induce asters. This NuMA fragment also specifically interacted with the nuclear transport factor, importin-beta. We show that importin-beta is an inhibitor of microtubule aster assembly in Xenopus egg extracts and that Ran regulates the interaction between importin-beta and NuMA. Importin-beta therefore links NuMA to regulation by Ran. This suggests that similar mechanisms regulate nuclear import during interphase and spindle assembly during mitosis.     

IP_3敏感的钙离子通透性通道参与茉莉酸诱导的钙动员

[目的]研究茉莉酸诱导的钙动员通往IP3敏感的钙离子通透性通道的作用。[方法]以低温导入法将钙离子荧光探针Fluo-3/AM导入拟南芥叶片细胞中,利用LASAF（Leica Application Suite-Advanced Fluorescence）软件记录肝素对茉莉酸（JA）诱导的胞内钙离子荧光强度的变化。[结果]经不同浓度的肝素预处理后,拟南芥叶细胞中胞内钙离子的荧光强度降低,再用100μmol/LJA处理时,其荧光强度升高,但仅与未经肝素处理的荧光强度相当。[结论]肝素预处理可抑制JA诱导的胞内钙离子浓度的升高。     

基因组水平上拟南芥和水稻mrs2基因家族的比较系统发生分析

mrs2（mitochondrial RNA splicing2）基因是植物线粒体中Ⅱ类内含子自我剪接缺陷的抑制基因，同时参与了植物中镁离子的运输。本研究利用已经分离的植物的mrs2基因，鉴别出MRS2结构域，同时对拟南芥和水稻中的mrs2基因家族的成员进行了鉴定；利用这些基因编码的蛋白质序列构建了系统发生树，并进行了序列保守性分析，最后查找了相关基因的EST表达信息。结果表明：①系统发生分析表明拟南芥和水稻的mrs2基因的结构在拟南芥和水稻分离之前已经形成，并在分离之后按照物种特异性的方式进行了扩张；②MEME分析表明植物的Mrs2蛋白质具有高度保守的基序，并且在蛋白质中的排列顺序也大致相似；③mrs2基因在拟南芥和水稻中的表达有差异，但在部分表达上仍保持了一致性。     

文冠果FAD2的序列与功能分析

脂肪酸脱饱和酶2(fatty acid desaturase 2, FAD2)基因是油脂合成代谢的关键酶基因,其编码的蛋白催化油酸(18∶1)进一步脱饱和形成亚油酸(18∶2)。本研究以富含油酸和亚油酸2种优质不饱和脂肪酸的文冠果种胚为试材,采用简并引物策略结合RACE技术,克隆了文冠果FAD2的cDNA序列。序列分析表明,文冠果FAD2除具有植物FAD2特有的3个组氨酸区和N端的芳香族氨基酸区外,还具有3个N—糖基化位点和多个磷酸化位点。通过农杆菌介导,将文冠果FAD2转入拟南芥fad2突变体中进行表达分析。气相结果表明,拟南芥fad2突变体缺失亚油酸,而转入文冠果FAD2的拟南芥fad2突变体的种子油中产生了亚油酸,这表明所克隆的文冠果FAD2基因编码的酶具有催化油酸(18∶1)脱饱和成为亚油酸(18∶2)的活性。