植物类萌发素蛋白基因家族生物信息分析及拟南芥AtCOPT1基因的功能分析

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类萌发素蛋白(Germin-like protein,GLPs)是一类与小麦萌发素(Germin)序列相似性较高的、位于胞外基质的可溶性糖蛋白,具有多种生物学功能,在植物的生长发育阶段以及生物和非生物的胁迫应答中起重要的作用。拟南芥铜转运蛋白AtCOPT1是一种对铜具有高亲和性的膜转运蛋白。本研究运用生物信息学方法详细分析了拟南芥和水稻中GLPs家族并研究了拟南芥中AtCOPT1基因的生理功能,主要研究结果如下: 1.运用生物信息的方法,在拟南芥和水稻两个物种中分别鉴定32个AtGLPs和42个OsGLPs编码基因,可以74GLPs分为7个主要的亚家族,其中subfamily 1是含有基因最多的亚家族,Brophytesubfamily 1是水稻所特有的。只有两个亚家族是全部含有内含子,如subfamily 1和subfamily 2,其余的亚家族成员绝大多数是没有内含子的,因此可以认为内含子是在物种进化过程中形成的。通过蛋白质的基序分析,发现基序l和3是所有GLPs所共有的,而cupin-2可能是GLP的特征结构域。 2.从系统发育树推断拟南芥和水稻的共同祖先基因至少有14个,故在大约2亿年内,GLP家族在两个物种扩增了130%和200%,是物种形成新基因的平均速度的9和14倍,这表明GLP在拟南芥和水稻的大规模扩增是由于subfamilyl亚家族发生串联复制的快速扩增的结果。通过对旁系同源基因的进化选择压力的分析,发现C-末端的非结构域区域是最保守的,cupin结构域次之,N-末端的非结构域区域进化最快,尤其在拟南芥中最前端的1-60bp核苷酸(信号肽的编码区)处于正选择或减弱的负选择的进化压力更明显。 3.在正常生长条件下,与对照相比,AtCOP1过表达转基因植株的地上部分的生长发育、叶绿素的含量均无明显差异,而主根的长度显著变短、侧根数和根毛增多;在高浓度的Cu2+胁迫下,与野生型相比较,转基因具有较高的种子萌发率且转基因植株的主根根长缩短和侧根数目减少的趋势较小。此外,在铜胁迫的情况下,过表达转基因植株提高φPSⅡ和ETR;这此结果表明AtCOPT1基因参与根的发育过程和在铜胁迫下对植物光合机构有一定的保护作用。
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