甘蓝型油菜BnCYP78A8基因克隆与功能的初步研究

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细胞色素P450是近年来国际学术研究的焦点之一,是非常古老的一类基因超家族,包括一大家族催化一系列小分子混合物的酶。细胞色素P450在植物中有相当重要的作用,不仅参与植物中物质合成,还参与了植物的次生代谢。CYP78是在植物中特有的细胞色素P450酶系中的一个亚家族,在包括苔藓植物到被子植物的陆地植物中高度保守。CYP78A亚家族成员很多,其亚家族一些成员在调控被子植物生长和发育中起着非常重要的作用。但由于P450酶功能复杂,催化的反应和催化的底物都非常广泛,含量低而且不稳定,所以很难分离,在植物中的研究比较缓慢,在我国重要油料作物--油菜中的研究也就相对滞后,其结构和功能和作用机制仍然未知。因此,本文以甘蓝型油菜为研究对象,从基因克隆入手展开研究,获得了如下结果:  (1)本研究以油菜品系1244W6甘蓝型油菜为实验材料,从甘蓝型油菜中克隆得到该基因的CDS(coding sequence)序列及其上游启动子序列。该基因CDS序列全长1605bp,编码534个氨基酸。同源性分析表明,其编码的氨基酸序列与拟南芥细胞色素P450单加氧酶基因AtCYP78A8(At1g01190)编码序列的相似度高达88%。启动子序列长1511bp,分析启动子序列发现其除包含与光、热、低温相关的结构元件外,还含有与干旱诱导相关的MBY结合位点以及与胁迫和防御相关的TC-richrepeats结构域。  (2)利用生物信息学方法分析了BnCYP7A8的氨基酸序列。发现BnCYP78A8蛋白具有跨膜结构域,可能定位在内质网、叶绿体或细胞膜上,其二级结构主要以螺旋和无规卷曲为主。BnCYP78A8蛋白还含有细胞色素P450酶系非常保守的亚铁血红素配合基结合位点这一特征性结构域。  (3)采用定量RT-PCR和实时荧光定量PCR技术对BnCYP78A8基因在甘蓝型油菜中不同组织部位的的表达模式进行分析。发现BnCYP78A8在甘蓝型油菜的各个组织都有表达,其中在根中的表达量明显高于叶、茎、花、果荚及子叶和胚轴,说明BnCYP78A8基因可能参与调节根的发育。分析ABA、NaCl对BnCYP78A8基因表达的调节,发现BnCYP78A8基因表达受ABA、NaCl抑制,说明BnCYP78A8基因的表达可能在植物应对逆境胁迫反应中起调控作用。  (4)成功构建了过表达载体35S∷BnCYP78A8-GFP,并采用浸花蕾法将其导入拟南芥中,获得了纯合的转基因植株。分析过表达植株的表型发现,在正常MS培养基培养情况下,BnCYP78A8过表达株系的主根比野生型的要短,在ABA、NaCl胁迫处理条件下,过表达植株的根长与野生型无明显差别,说明BnCYP78A8过量表达会抑制根的伸长,并且导致根的伸长对ABA、NaCl胁迫的敏感较野生型降低。表明BnCYP78A8可能在ABA调控根的伸长中起负调控作用。种子萌发率统计分析发现,正常培养条件下,BnCYP78A8过量表达株系的种子萌发率比野生型低。ABA处理抑制种子的萌发,但对BnCYP78A8过量表达株系种子早期萌发的抑制程度低于野生型,说明BnCYP78A8过量表达导致种子早期萌发对ABA的敏感性降低。表明BnCYP78A8可能在ABA调控种子萌发中起负调控作用。  (5)采用实时荧光定量PCR分析了ABA和NaCl处理前后ABA和NaCl胁迫相关基因在野生型与过表达植株中的表达。发现RD29A、RD29B在过表达株系中的表达量低于野生型,DREB、KIN1/2、RAB18/RD22和ABI在过表达株系中的表达量高于野生型,说明BnCYP78A8过量表达可导致ABA和NaCl胁迫相关基因的表达发生变化,表明BnCYP78A8可能为ABA、NaCl信号通路相关基因,参与调控种子萌发和根的伸长。  (6)成功构建了原核表达重组载体pCold TF-BnCYP78A8,重组质粒在大肠杆菌中获得高效表达,为在蛋白水平研究BnCYP78A8基因的功能奠定基础。
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