二穗短柄草MAPK和MAPKK家族的鑒定、相互作用及其表達(dá)譜分析.pdf

1、促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinases,MAP激酶,MAPK)級(jí)聯(lián)途徑是真核生物信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)中的重要途徑之一。該途徑由3類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶MAPKKK-MAPKK-MAPK家族組成,它們通過依次磷酸化將上游信號(hào)傳遞至下游應(yīng)答分子。這些蛋白質(zhì)參與了細(xì)胞生長、增殖、分化、生存、發(fā)育和抵御低溫、高熱、氧化脅迫、紫外輻射、干旱及病原菌侵害等多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。過去已經(jīng)對(duì)模式植物擬南芥和水稻的MA

2、PK、MAPKK基因家族的成員進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,然而對(duì)禾本科新型模式植物二穗短柄草這兩個(gè)家族成員的系統(tǒng)研究還未見報(bào)道。二穗短柄草為一年生雜草,基因組小(272Mbp)、生長條件要求簡(jiǎn)單、植株矮小、生活周期短、自花授粉、易于培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化。近年來,隨著二穗短柄草(Bd21)測(cè)序工作的完成,為其進(jìn)行全基因組分析MAPK級(jí)聯(lián)途徑的家族成員提供了可能。
　　本研究根據(jù)植物MAPK和MAPKK基因的保守性從二穗短柄草中分離了16個(gè)MAPK和12

3、個(gè)MAPKK基因。對(duì)這兩個(gè)基因家族成員的命名、分類、系統(tǒng)進(jìn)化、蛋白保守基序、染色體分布、基因復(fù)制、基因結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子區(qū)、與水稻和擬南芥直系同源基因的同線性、表達(dá)模式以及這兩基因家族蛋白之間的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)分析。其主要研究結(jié)果如下:
　　1)通過同源比對(duì)和HMMER搜索,從二穗短柄草中鑒定了16個(gè)MAPK和12個(gè)MAPKK基因。多序列比對(duì)、進(jìn)化和保守基序分析結(jié)果表明,二穗短柄草與擬南芥、水稻的MAPK基因家族的分類相似,也分為A,

4、B,C,D四組。其中有6個(gè)成員含有TEY基序,9個(gè)成員含有TDY基序,一個(gè)成員含有MEY基序。二穗短柄草的MAPKK基因家族的成員也分為四組,其中有一組成員較多(5個(gè)),而其它組的成員數(shù)量相對(duì)比較均一。
　　2)染色體定位分析結(jié)果顯示:這兩個(gè)基因家族在染色體上的分布不是隨機(jī)的,而是在某個(gè)染色體或者染色體某個(gè)片段上分布密度較高?；驈?fù)制事件分析結(jié)果表明,串聯(lián)重復(fù)和片段重復(fù)復(fù)制對(duì)于二穗短柄草MAPK和MAPKK基因家族成員的擴(kuò)增起著重

5、要的作用。二穗短柄草、水稻和擬南芥同線性分析結(jié)果顯示:二穗短柄草中50％的MAPK和42%的MAPKK基因與水稻的中的直系同源基因存在同線性,而只有一個(gè)MAPK基因與擬南芥中的直系同源基因存在著同線性;這與我們所了解的植物進(jìn)化史相一致。
　　3)內(nèi)含子外顯子結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明:MAPK基因家族所有成員均含有內(nèi)含子,數(shù)目在3到11之間變化。而58.3%的MAPKK基因家族成員沒有內(nèi)含子,其余的MAPKK家族成員內(nèi)含子數(shù)目平均為8.8個(gè)

6、。親緣關(guān)系較近的家族成員具有非常相似的內(nèi)含子和外顯子結(jié)構(gòu)組成。另外我們還分析了這兩個(gè)家族基因啟動(dòng)子區(qū)與植物抗逆、抗病有關(guān)的四個(gè)調(diào)控元件:WBOX,CBF,DRE和GCC,結(jié)果表明:這兩個(gè)家族的所有成員均含有WBOX。在這四個(gè)調(diào)控元件中,每個(gè)成員含有WBOX數(shù)目最多,DRE最少。然而這四個(gè)調(diào)控元件在每個(gè)基因啟動(dòng)子區(qū)的排列組合和它所對(duì)應(yīng)的EST數(shù)目的多少?zèng)]有明顯的相關(guān)性。
　　4)將6個(gè)MAPK和4個(gè)MAPKK基因(5個(gè)蛋白,選擇性剪

7、接)分別克隆到對(duì)應(yīng)的酵母雙雜載體上用于研究它們之間的相互作用。結(jié)果表明一個(gè)MAPK可以與多個(gè)MAPKK之間有相互作用,反之亦然。這種MAPK-MAPKK之間的交叉相互作用反映出MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的多樣性。
　　5)利用RT-PCR和現(xiàn)有的芯片數(shù)據(jù)庫,比較分析了二穗短柄草、水稻、擬南芥的MAPK和MAPKK基因在各個(gè)組織、非生物脅迫環(huán)境下的表達(dá)模式,以及水稻與二穗短柄草中的這兩個(gè)基因家族直系同源基因或者旁系同源基因?qū)υ诓煌庹諚l件