玉米LEA蛋白基因ZmDHN13，ZmLEA3和ZmLEA5C的分離與功能分析.pdf

1、干旱、高鹽和病害等脅迫可以改變植物體內(nèi)的基因表達(dá)和酶的活性，進(jìn)而導(dǎo)致植物的生長發(fā)育受阻，產(chǎn)量降低。植物在受到逆境脅迫后，會(huì)產(chǎn)生一系列具有保護(hù)功能的蛋白質(zhì)，胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(LEA proteins，Late embryogenesis abundant proteins)是其中重要的一種。LEA蛋白最早發(fā)現(xiàn)于1981年，其在種子胚胎發(fā)育晚期的脫水過程中大量富集，可以提高種子對脫水過程的抗性。研究發(fā)現(xiàn)，LEA蛋白有較高親水性，可以降低

2、脫水條件下植物受到的傷害。根據(jù)LEA蛋白保守結(jié)構(gòu)域的差異，可以將LEA蛋白分為7個(gè)不同的家族。
　　本研究從玉米葉片中分離得到并鑒定了分屬于3個(gè)不同LEA蛋白家族的基因ZmDHN13（二族，脫水素）、ZmLEA3（3A族）和ZmLEA5C（5C族），并對這3個(gè)基因的序列特征、逆境條件下的轉(zhuǎn)錄模式和生理生化功能進(jìn)行了分析。主要結(jié)果如下:
　　1.分離得到3個(gè)LEA基因:ZmDHN13(NP_001150115.1)屬于二族LE

3、A基因，也稱之為脫水素。ZmDHN13的開放閱讀框架為324bp，編碼107個(gè)氨基酸，序列分析發(fā)現(xiàn)其屬于KS型的脫水素。ZmLEA3(NM_001153473)屬于三族LEA基因。ZmLEA3的開放閱讀框架為546bp，編碼182個(gè)氨基酸。序列分析發(fā)現(xiàn)，ZmLEA3屬于3A族LEA蛋白。ZmLEA5C(NM_001155750.1)屬于五族LEA基因，其開放閱讀框架為642bp，編碼207個(gè)氨基酸。在NCBI進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)，其含有“L

4、EA2”結(jié)構(gòu)域，屬于5C族LEA蛋白(D-95家族)。
　　2.ZmDHN13和ZmLEA5C為組成型表達(dá)，并且其轉(zhuǎn)錄受到高滲、低溫和氧化等逆境脅迫和ABA等信號分子的調(diào)節(jié)。ZmLEA3為誘導(dǎo)型表達(dá)，其表達(dá)受到各種逆境脅迫和信號分子的調(diào)節(jié)。組織特異性表達(dá)分析表明，ZmDHN13，ZmLEA5C和ZmLEA5C在種子中的表達(dá)量要明顯高于其在根系、莖和葉片中的表達(dá)量。
　　3.ZmDHN13主要定位于細(xì)胞核。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，S結(jié)

5、構(gòu)域和NLS結(jié)構(gòu)域?qū)mDHN13的核定位具有重要作用。ZmLEA3可以同時(shí)定位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中;ZmLEA5C可能為膜定位蛋白。
　　4.ZmDHN13和ZmLEA3可以結(jié)合金屬離子。該反應(yīng)可以降低逆境條件下植物體內(nèi)游離的金屬離子的含量，從而降低由游離金屬離子通過Haber-Weiss反應(yīng)產(chǎn)生的氧自由基。
　　5.ZmDHN13，ZmLEA3和ZmLEA5C都能夠在逆境條件下保護(hù)乳酸脫氫酶(LDH)的活性。
　　6

6、.ZmDHN13和ZmLEA5C能夠被酪氨酸蛋白激酶Ⅱ(CKⅡ)磷酸化。ZmDHN13的磷酸化可以影響蛋白的定位和生理生化功能。S結(jié)構(gòu)域和NLS結(jié)構(gòu)域?qū)mDHN13的磷酸化具有重要作用。ZmLEA5C磷酸化的機(jī)制和功能尚不明確。
　　7.ZmDHN13具有非特異性的核酸酶活性，并且這種活性依賴于金屬離子。突變蛋白ZmDHN13△S和ZmDHN13△NLS的核酸酶活性受到部分抑制，而ZmDHN13△K的核酸酶活性幾乎完全喪失。由此

7、推測，K結(jié)構(gòu)域可能為反應(yīng)的切割中心，而NLS結(jié)構(gòu)域可能為非特異的DNA結(jié)合區(qū)域，S結(jié)構(gòu)域的作用尚不明確。
　　8.過表達(dá)ZmDHN13可以提高轉(zhuǎn)基因煙草對重金屬脅迫和氧化脅迫的抗性。在脅迫抗性過程中，ZmDHN13的三個(gè)保守結(jié)構(gòu)域（K、S和NLS）具有協(xié)同作用。過表達(dá)ZmLEA3可以提高轉(zhuǎn)基因煙草和轉(zhuǎn)基因酵母對滲透脅迫和氧化脅迫的抗性。過表達(dá)ZmLEA5C可以提高轉(zhuǎn)基因煙草和轉(zhuǎn)基因酵母對滲透脅迫和低溫脅迫的抗性。
　　9.煙