一個水稻雙功能激酶基因的克隆及其功能研究.pdf

1、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase，MAPK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是真核生物中一類重要且保守的信號通路，它參與了真核細胞生長、發(fā)育以及死亡等一系列生命活動的調(diào)節(jié)。該信號途徑的核心是由三個連續(xù)激活的蛋白激酶組分(MAPKKK—MAPKK—MAPK)構(gòu)成。大量的研究結(jié)果表明MAPK信號通路在生物的生理、病理過程中發(fā)揮重要的作用。 目前，哺乳動物細胞中已發(fā)現(xiàn)了至少14個MKKK,7個MKK和12個

2、MAPK。在許多植物中，MAPK途徑的各組分也已經(jīng)分離得到，尤其是對雙子葉植物中MAPK途徑的研究較多。這些研究表明，MAPK途徑在植物生長、發(fā)育和自身防御以及脅迫反應(yīng)中起到了重要的作用。 酵母是一種很好的實驗?zāi)Ｊ缴?，其體內(nèi)MAPK信號通路已經(jīng)研究的比較透徹。在釀酒酵母(S.cerevisiae)中，已發(fā)現(xiàn)了至少5條MAPK途徑，它們分別參與釀酒酵母的交配、細胞壁重建、假菌絲生長和侵入生長、滲透調(diào)節(jié)、細胞周期調(diào)節(jié)等生理活動。這

3、些途徑中的各成員在哺乳動物中都有相對應(yīng)的成分。由于MAPK途徑中的各個成員在進化上具有較高的保守性，因此可以利用酵母基因缺失株研究其它物種相關(guān)基因的功能。 水稻是一種非常重要的糧食作物，也是一種單子葉模式植物。目前對水稻中MAPK信號通路的研究已取得一些進展，但了解的仍非常有限。迄今為止，已報道了9個水稻MAPK基因(OsBWMKl、OsBIMKl、OsMAPKl、OsMAPK2、OsMSRMK2、OsMAPK3、OsMSRMK

4、3、OsMAPK4和OsWJUMKl)，這些研究為在水稻自身防御過程中，對MAPK的應(yīng)答和調(diào)控情況及扮演的角色提供了新的信息。MAPKK基因僅報道了一個，即OsMEKl。而MAPKKK未見報道。 本研究中，我們從水稻中分離克隆出一個雙功能激酶(OsSTY)基因，該基因編碼一個含417個氨基酸的蛋白，其預(yù)測分子量為45926Da，等電點為7.689。OsSTY激酶C一端含有蛋白激酶的十一個保守區(qū)，并且有雙功能激酶的典型特征。在氨基

5、酸水平上，OsSTY激酶與擬南芥AtSTY激酶(也是一個雙功能激酶)有80﹪的相似性和71﹪的同源性，與花生AhSTY有77﹪的相似性和69﹪的同源性。生物信息學(xué)和Southem分析結(jié)果表明，該基因位于水稻第8號染色體(45.5-45.8cM)上，是一個單拷貝基因。 Northemblot分析結(jié)果表明，OsSTY參與多種脅迫條件下的信號傳導(dǎo)途徑。該基因是一個溫度敏感基因。高溫或低溫(37℃或4℃)處理后，OsSTY激酶的轉(zhuǎn)錄水平

6、顯著提高。機械損傷、水楊酸、乙烯等處理也促進該基因轉(zhuǎn)錄。另外，利用酵母(Saccharomycescerevisiae)基因缺失株研究發(fā)現(xiàn)，OsSTY激酶基因在釀酒酵母ste7基因缺失株(ste7/ste7)中的異源表達能夠部分校正該菌株在氮源饑餓條件下假菌絲生長的缺陷。Ste7是釀酒酵母的一個絲氨酸/蘇氨酸/酪氨酸雙功能激酶，它與OsSTY激酶的激酶功能域有32﹪的同源性和50﹪的相似性。這些結(jié)果揭示出OsSTY激酶能夠校正，至少能部