拟南芥蓝光受体CRY2互作蛋白激酶的筛选及验证

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植物进行光合作用和感受外部环境信息都需要光,植物通过光受体接受光信号,经过一系列生理生化反应,从而调控其光形态建成、光周期开花以及生物节律等生长发育进程。蓝光特异性的磷酸化反应是隐花素一系列光反应中最重要的生化反应之一,隐花素(Cryptochrome, CRY)的功能及降解等均与蓝光特异的磷酸化反应相关。因此,研究以蓝光依赖的方式与隐花素相互作用的激酶以及磷酸化相关的蛋白,对揭示隐花素起始蓝光信号传导的机制具有重要的科学意义。迄今,已发现的2个能以蓝光依赖的方式与隐花素相互作用的蛋白是CIB1(CRY-interacting bHLH1)与SPA1(Suppressor of phytochrome A1),但依赖蓝光与隐花素相互作用的激酶或磷酸化相关蛋白并未被发现,隐花素在蓝光下磷酸化的分子机制以及如何起始蓝光信号传递的机制仍有待于进一步揭示。我们通过酵母双杂交系统筛库的方法筛选到一个可以和CRY2相互作用的推断的蛋白激酶CIK1(CRY2-interacting Kinase1),其编码的蛋白序列具有保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域,推测其为能够磷酸化CRY2的激酶,为进一步研究蓝光信号转导机制奠定基础。本论文主要通过酵母双杂交系统筛选到一个与CRY2互作的激酶,通过酵母双杂交和双分子荧光互补实验验证了互作特性,融合报告基因定位实验确定了CIK1的亚细胞定位,构建了植物表达载体,获得了转基因拟南芥T2代种子,研究结果如下。(1)通过酵母双杂交筛选系统筛选到一个与CRY2蓝光特异性互作的蛋白,经生物信息学分析发现该蛋白是一个未知功能丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,并将其命名为CIK1。通过回转实验X-gal、液体显色实验初步证实酵母库中CIK1读码框与CRY2存在蓝光特异性相互作用。(2)为了分析CIK1与CRY2的互作方式,将CIK1在酵母双杂交体系中分段验证互作,分别验证CRY2与CIK1(全长蛋白)、CIK1CT(CIK1C端结构域)、CIK1K(CIK1蛋白激酶结构域)、CIK1NT(CIK1N端结构域)在黑暗和蓝光条件下的互作情况。结果显示,在酵母细胞中CRY2与CIK1、CIK1CT互作并且随蓝光处理时间延长互作增强,而且CRY2与CIK1全蛋白较与CIK1CT的互作弱;CRY2与CIK1NT、CIK1K在酵母细胞中不互作。推测这种互作方式可能与CIK1的在植物体中的存在形式有关,可能是接受蓝光信号后,其蛋白结构发生变化,将C端暴露出来与CRY2互作。(3)构建CIK1融合报告基因YFP的载体,转化拟南芥原生质体,在荧光倒置显微镜下观察,发现CIK1与CRY2共定位于细胞核,表明CIK1与CRY2的互作可能发生在细胞核中。(4)为了进一步验证CRY2与CIK1之间存在互作关系,本研究将CRY2和CIK1分别构建到BiFC(bimolecular fluorescence complementation)载体上,重组质粒为pCCFP-CRY2和pNYFP-CIK1,通过双分子荧光互补实验发现CRY2和CIK1在体内确实存在互作,并且蓝光处理条件下互作较黑暗下强。(5)利用In-fusion技术和Gateway技术将CIK1分别构建到植物表达载体pEGAD-3×HA-Luc和p120上,利用农杆菌介导的蘸花侵染方法遗传转化拟南芥,分别利用Basta和潮霉素筛选阳性植株,以Western blot进一步鉴定CIK1蛋白在转基因植物中的表达,为下一步的基因功能分析、生化实验及体内蛋白互作分析奠定基础。
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