甜瓜谷氨酰胺合成酶基因的克隆及其表達分析研究.pdf

1、植物對氮素的吸收利用能力是植物生長發(fā)育重要的限制因素之一。谷氨酰胺合成酶（GS）在高等植物氮代謝中起著重要的作用。植物谷氨酰胺合成酶具有多種同工酶，根據(jù)亞細胞定位，分為胞液型谷氨酰胺合成酶（GS1）和質體型谷氨酰胺合成酶（GS2）。本研究從網(wǎng)紋甜瓜中克隆了一個質體型谷氨酰胺合成酶的基因并且研究了該基因的表達模式。 甜瓜是世界十大果品之一，是我國重要的一種設施栽培作物。利用RACE-PCR方法在甜瓜葉片中克隆了一個谷氨酰胺合成酶基

2、因M-GS2 (Melon-Glutamine Synthetase Gene, GenBank accession number: AY773090)，并利用生物信息學手段對其主要結構特征和功能特征進行了分析。該基因全長1807 bp，包括170bp 的5’非翻譯區(qū)（UTR）和341 bp 的3’非翻譯區(qū)。此序列含有一個1296 bp的開放閱讀框（ORF），編碼一個432個氨基酸殘基的多肽，推測的多肽分子量大小為477 kDa，PI=

3、8.06。經生物信息學分析這個多肽是谷氨酰胺合成酶的前體，在這個多肽的N-端有一個53個氨基酸殘基的穿越肽段，這個多肽定位于葉綠體內。氨基酸序列和結構分析顯示M-GS2編碼的這個蛋白包含了一個GS beta-Grasp 功能區(qū)和GS 催化功能區(qū)，這些功能區(qū)在植物的谷氨酰胺合成酶中是保守的。進化樹分析表明M-GS2和黑核桃（Juglans nigra.）GS2最相近。在研究不同組織中表達模式的分析中表明M-GS2優(yōu)先在葉中表達，在莖、花和

4、果實中表達較少，而在根中幾乎不表達。 進一步研究了網(wǎng)紋甜瓜質體型谷氨酰胺合成酶（M-GS2）的表達模式。試驗通過對甜瓜不同處理，采用逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)對甜瓜質體型谷氨酰胺合成酶（M-GS2）基因進行mRNA的表達檢測，首先分別提取甜瓜幼嫩的根、莖、葉、花和果實組織的總RNA，利用半定量RT-PCR的方法研究了甜瓜M-GS2基因的組織特異性表達。結果表明M-GS2基因優(yōu)先在葉中表達。其次研究了在不同生理條件下M-G

5、S2基因的表達模式，結果顯示在硝態(tài)氮處理下，隨著氮濃度的增加，M-GS2基因的表達量增高，但是隨著處理時間的延長而降低。在銨態(tài)氮處理下，處理初期M-GS2基因的表達量隨著氮濃度的增大而降低，而后隨著氮濃度的增加而升高。結果表明，M-GS2基因的表達水平隨著氮素濃度的提高而升高，升高的比例因氮源形態(tài)以及處理時間有所不同。不同氮形態(tài)比例的氮源對M-GS2基因表達的影響無明顯的規(guī)律?？傮w來看，混合態(tài)氮有利于甜瓜的生長發(fā)育，單一種類的氮肥作用較