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程序性细胞死亡在生物体的生理和发育中起着至关重要的作用。已知动物细胞程序性死亡包括细胞凋亡、细胞自噬以及细胞坏死三大类。其中细胞凋亡占主导地位,它主要通过一些蛋白对其线粒体膜通透性的调控来控制死亡相关因子的释放,从而程序性地控制细胞死亡。而细菌细胞裂解死亡的调控主要是由其自身的cidAB/lrgAB体系来完成,它们通过控制胞壁质水解酶的释放进而操纵细胞的命运。
以前的研究表明拟南芥中存在着与细菌lrgAB同源的基因,经结构预测发现前者的LrgA与LrgB进化为同一个基因的两个结构域,其中LrgB与细菌lrgB的保守性较高,因此将拟南芥LrgAB命名为LrgB。拟南芥AtLrgB主要参与了叶绿体发育与功能的调控,其存在与否对于叶片发育起到至关重要的作用,严重时甚至会引发细胞死亡。此外它还参与了碳同化物的分配,调节着叶片从源到库的转换以及蔗糖与淀粉的代谢平衡。
本研究从植物的LrgB同源基因出发,将一些典型的含有LrgB的植物做了进化上的归类,结果发现该基因在植物界中普遍存在,且其进化历程遵循了植物由低等向高等的演变过程。有趣的是一些植物中同时含有两个LrgB,经序列比对、结构预测以及定位预测我们发现,这些植物中总有一个LrgB与拟南芥以及其他植物的同源基因之间存在着极其相似的规律性。我们将小立碗藓、江南卷柏以及水稻的LrgB表达在拟南芥中以后,幼苗均表现出生长受抑制的表型,主要为叶片小、色浅、下胚轴变短等。转基因株系荧光定位显示上述植物的两个LrgB最初均定位在叶绿体上,而在进化上保守性较高的一个LrgB随着细胞死亡的过程,进而转向细胞膜表达。这是植物LrgB参与调控细胞死亡的有力证据。与拟南芥不同的是上述几种植物的LrgB在其各个组织部位以及生长的各个时期均表达,这充分表明除了参与了叶绿体功能的调控,它们在植株的整个生命过程中的重要性不容忽视。
以此同时,细菌中表达小立碗藓的LrgB(PpLrgB)使得其分裂生长受抑制,生物膜形成受阻,以及细菌抗氨苄青霉素的能力增强,这些无疑都表明该基因在细菌中既抑制了细胞的分裂,又抑制了细胞的死亡。笔者猜测过量表达PpLrgB破坏了细菌自身调控细胞裂解死亡的cid/lrg体系的平衡,从而使细菌细胞处于不能持续分裂也不能死亡的状态。此外,细菌中过表达PpLrgB还对其在氧胁迫环境以及葡萄糖培养条件中的生长产生了明显的影响,这与细菌自cidAB/lrgAB的调控功能相似,从而进一步证实了植物LrgB对于细胞死亡调控的重要性。