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胚胎发育后期丰富蛋白(Late Embryogenesis Abundant,LEA)是在植物胚成熟后期大量积累的一种蛋白,与植物的抗逆性相关,在植物响应各种胁迫,如失水、高盐、高温和低温等的过程中高度表达。LEA蛋白能通过结合细胞结构、细胞内的大分子和离子、减少细胞内的自由基和调控代谢基因表达等方式,显著提高植物的抗逆性。为探讨花生LEA蛋白(AhLEA蛋白)在花生种子发育和花生抗逆方面的作用,本文采用生物信息学、荧光实时定量PCR、亚细胞定位和原核表达等技术,系统研究AhLEA基因序列、结构和在花生种子不同发育时期的表达分析及其抗逆功能,初步阐明花生LEA蛋白家族基因在花生荚果发育和抗性方面的作用。研究结果表明: 1.在花生中共鉴定出15个AhLEA基因,共分为6组。据预测,AhLEA蛋白均为小分子蛋白,分子量为10~36 KDa,除Group5蛋白外,其余AhLEA蛋白亲水性较强,主要由丙氨酸、甘氨酸和赖氨酸组成。大部分AhLEA蛋白为自由卷曲和α螺旋构型。 2.AhLEA家族基因在花生果针入土前后的表达分析表明,大部分AhLEA基因在地上果针中的表达水平高于在地下果针的表达,部分AhLEA基因在地下果针中出现下调。随着胚胎正常的发育,大部分AhLEA基因在果壳中高表达,并在发育后期明显上调表达。在地下果针的仁中,大部分AhLEA基因的表达水平比壳中低,且没有明显的变化趋势。对于地上果针AhLEA家族基因的表达没有明显的规律。 3.AhLEA蛋白亚细胞定位实验表明AhLEA4蛋白在细胞核、质中均有表达,结合AhLEA4蛋白的基序分析,推测AhLEA4蛋白可能会被磷酸化,且参与细胞核质之间的信号转导。AhLEA11和AhLEA22蛋白在细胞质中表达。 4.把载体pET-30(a+)和pET-30(a+)-目的基因转化至大肠杆菌BL21(DE3)pLysS中,挑取阳性单克隆菌培养,获得表达AhLEA蛋白的菌株。其抗逆实验结果表明,AhLEA22蛋白抗高盐和低温胁迫效果较好,AhLEA11蛋白抗干旱胁迫效果较好,AhLEA4和11蛋白抗高温胁迫效果较好。AhLEA蛋白抗胁迫的作用可能与蛋白的二级结构和氨基酸组成有关。 本文鉴定并克隆了15个AhLEA家族基因,初步探讨该基因家族在花生荚果发育过程中的表达规律,以及目的蛋白在抗逆境胁迫中的作用,为进一步研究花生荚果发育和利用AhLEA基因进行花生抗性遗传改良、培育抗逆新品种奠定理论基础。