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本文以耐盐性较强的胡杨(Populuseuphratica)为试材,根据植物中Na+/H*逆向运转蛋白基因的保守区域设计简并引物,采用RT-PCR与RACE法,对胡杨Na+/H+逆向运转蛋白进行基因克隆、序列比较、功能鉴定和表达分析,并对其耐盐性关系进行了初步研究,主要结果如下:
从胡杨中克隆到一条长为3665bp的cDNA序列,该基因含有一个54bp的5,非编码区、长为3438bp的开放阅读框,和一个173bp的3'非编码区,编码一个1146个氨基酸的多肽,推测其分子量为127kDa。将所得序列在GenBank中进行同源性比较,结果表明该基因属于Na+/H+逆向运转蛋白基因家族,而且与拟南芥的基因具有极高的同源性,将该基因命名为PESOSl(GenBankAcc.No.DQ517530)。用TMPRED软件分析表明,PESOSl蛋白N端有12个可能的跨膜区段。这与拟南芥质膜型Na+/i-I+逆向转运蛋白SOSlN端有12个跨膜区一致。运用ClustalW软件对PESOSl进行序列比对,发现该基因的核苷酸序列及其推导出的氨基酸序列与其它植物的Na+/H+逆向转运蛋白基因有一定的相似性,同源序列比较发现,胡杨Na+/H+逆向运转蛋白与已知的其它质膜型Na+/H+逆向转运蛋白也有较高的同源性:与拟南芥、水稻、小麦的质膜Na+/H+逆向运转体序列同源性分别为63.35﹪,61.21﹪和60.74﹪,而与酵母、野滨藜和拟南芥液泡型Na+/H+逆向运转体的序列同源性很低,分别约为19.4﹪,19.0﹪和17.7﹪。系统发育分析也表明PESOSl与拟南芥、水稻、小麦和酵母质膜型Na+/H+逆向运转体的亲缘关系很近,与液泡型的Na+/H+逆向转运蛋白亲缘关系较远。因此推断所获得的全长cDNA的编码产物可能是质膜型Na+/H+逆向运转体。
将PESOSl转入大肠杆菌突变体EP432(EcNhaA和EcNhaB均缺失)菌株,结果表明PESOSl可显著恢复突变菌株对高盐的敏感性,与阴性对照相比,在20(1mmol/LNaCI胁迫下,转基因细菌中Na+离子含量有所降低,K+含量明显增加,K+/Na+增加较多。说明PESOSl基因具有与大肠杆菌Na+/H+逆向转运蛋白(EcNhaA及EcNhaB)基因相似的功能。
半定量RT-PCR分析结果表明,在200mMNaCI处理下,PESOSl的转录水平迅速增加,2小时之后达到较高的水平,4小时之后达到最高值,并且在24小时的处理时间内一直维持在很高的水平。
从PESOSl中选取3'端大约510bp的亲水区域构建原核表达载体pET-Pe510,并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达融合蛋白,亲和层析纯化以后,溶于PBS中获得抗原,免疫兔子制备PESOSl抗体。
采用制备的抗体进行Westem-blotting分析表明PESOSl的表达在胡杨根200mMNaCl处理下与诱导的时间成正比:在叶中,在没有用200mMNaCI处理的PESOSl蛋白基因有一定的微量表达,而用NaCl处理12h、24h和48h的胡杨,PESOSl基因的表达显著增加;在胡杨茎中200mMNaCl处理下PESOSl基因有微量表达。表明PESOSl基因是一个诱导表达型基因,并且其表达具有组织特异性。这与其它的Na+/H+逆向转运蛋白基因有相似的结果。
PESOSl基因的克隆及功能研究为进一步利用Na+/H+逆向转运蛋白基因开展植物耐盐性研究提供了基础。