籽粒莧C4關(guān)鍵酶基因(NAD-ME、PEPC)的克隆及NAD-ME功能預(yù)測.pdf

1、與C3植物相比，C4植物在極端條件（強(qiáng)光、高溫、干旱等）下具有明顯的生長優(yōu)勢、高養(yǎng)分利用率及高生物產(chǎn)量，這是由于其光合速率高、CO2補(bǔ)償點(diǎn)低，而且?guī)缀鯖]有光呼吸。C4植物這些優(yōu)點(diǎn)的生物學(xué)基礎(chǔ)在于其具有C4光合途徑。籽粒莧屬雙子葉C4植物，克隆其C4關(guān)鍵酶基因，以期為C4基因工程提供候選基因。
　　NAD/NADP-蘋果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4途徑的兩個關(guān)鍵酶。NAD/NADP-蘋果酸酶催化蘋果酸脫羧釋放CO2

2、，并產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸再生為PEP，使C4途徑得以循環(huán)進(jìn)行。本研究根據(jù)已報道的玉米NADP-ME基因序列，設(shè)計(jì)特異性引物，經(jīng)RT-PCR擴(kuò)增獲得了籽粒莧NAD-ME基因的cDNA序列。該序列開放可讀框長度為1872bp，編碼623個氨基酸。通過Blastn和DNAMAN軟件比對，發(fā)現(xiàn)該基因核苷酸序列與其他植物已報道的NAD/NADP-ME基因有75.1％-80.6％的相似性。另外，對推斷氨基酸序列的蛋白保守區(qū)、疏水性/親水性、潛在跨膜片

3、段、信號肽、蛋白固有無序化和蛋白二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，初步研究了籽粒莧NAD-ME蛋白的理化性質(zhì)。運(yùn)用CHIPS、CUSP和CodonW程序分析了籽粒莧NAD-ME基因的密碼子的偏好性，并與其他植物的NAD/NADP-ME基因密碼子偏好性和大腸桿菌、酵母的基因組的密碼子偏好性進(jìn)行比較。結(jié)果表明，所比較的單子葉植物和雙子葉植物的NAD/NADP-ME基因與籽粒莧NAD-ME基因都存在類似的密碼子使用情況，對同義密碼子的使用有明顯的偏好性，其

4、密碼子多以A或T結(jié)尾;籽粒莧NAD-ME基因與大腸桿菌、酵母的基因組密碼子偏好性有較大差異。分析結(jié)果對選擇籽粒莧NAD-ME合適的轉(zhuǎn)基因受體植物以及合適的蛋白質(zhì)表達(dá)系統(tǒng)具有一定的指導(dǎo)意義。
　　PEPC在Mn2+或Mg2+存在的情況下，催化PEP羧化為OAA。本研究采用分段擴(kuò)增的方法，首次克隆出了籽粒莧PEPC的基因組DNA全長。經(jīng)Blast比對分析，結(jié)果顯示，與本克隆片段相似的序列絕大多數(shù)為植物PEPC基因，其中，與F.prin