小麥脫鎂吐綠酸α加氧酶基因(TaPaO)的克隆及表達分析.pdf

1、在高等植物中，健康生長的葉片對光合作用來說是至關重要的。然而，葉片的衰老將會導致光合作用能力的下降。葉片衰老是植物葉片發(fā)育的最后階段，最終導致整個葉片的死亡。葉片衰老被認為是一種具有高度組織性的由基因控制的程序化死亡過程。在細胞水平上表現(xiàn)為葉綠素的降解、蛋白質(zhì)和核酸的水解、游離氨基酸積累以及多種蛋白酶和生長抑制因子活性上調(diào)等。其中，葉綠素降解是葉片衰老過程中最明顯的現(xiàn)象。在葉綠素的降解中，脫鎂葉綠酸α加氧酶(pheophorbideαo

2、xygenase，PaO)被認為是最重要的酶。PaO通過催化氧原子的加入，使脫鎂葉綠酸α的卟啉環(huán)開環(huán)，形成紅色葉綠素降解物(red chlorophyll catabolite，RCC)。PaO基因最早在玉米中被發(fā)現(xiàn)，后從多種植物中被分離出來。本研究以重要的糧食作物小麥(Triticum aestivum)為實驗材料，首次從小麥中克隆得到PαO基因，并對其進行了序列分析和表達特異性分析，為進一步明確PaO的功能及作用機理奠定了基礎。主要

3、研究結果如下：
　　 (1)利用生物信息學分析方法和RACE技術，從小麥中克隆得到了一個PαO基因，并命名為TαPαO(GenBank注冊號：JN689384)。該基因cDNA全長1841bp，包括1572bp的開放閱讀框(open reading frame，ORF)，48bp的5’非編碼區(qū)(untranslated region，UTR)和221bp的3’UTR。該基因編碼由523個氨基酸組成的蛋白TaPaO，預測其分子量大

4、約為58.3kDa，等電點(isoelectricpoint，pI)值為7.17。進一步的分析預測顯示，TaPaO蛋白定位在葉綠體，其N端具有由38個氨基酸組成的葉綠體轉(zhuǎn)運肽，剪切位點位于R38和V39之間。TaPaO具有PaO蛋白特有的保守結構域，包括Rieske型(2Fe-2S)結構域、單核鐵結合結構域和C末端CxxC基序。蛋白質(zhì)序列同源比較表明，TaPaO與其它植物的PaO蛋白具有很高的同源性。TaPaO與HvPaO、SbPaO、

5、ZmPaO、AtPaO、GmPaO的同源性分別達到了93％，83％，79％，69％和65％。聚類分析表明，TaPaO與大麥HvPaO的親緣關系最近。
　　 (2)利用實時熒光定量PCR的方法，研究了TaPaO在小麥幼苗不同組織中的表達特性。結果表明，TaPaO在根莖葉中均能表達，TaPaO在葉片中的表達量明顯高于其在莖和根中的表達量。
　　 (3)利用實時熒光定量PCR的方法，對外源施加植物激素的小麥植株中TaPaO的表

6、達進行了分析。結果發(fā)現(xiàn)，在脫落酸(abscisic acid，ABA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate，MeJA)的誘導下，TaPaO基因的表達都有不同程度的增加，然而赤霉素(gibberellin，GA)和水楊酸(salicylic acid，SA)對TaPaO基因的表達并沒有顯著的影響。這表明TaPaO的表達可能受ABA和MeJA依賴的防御信號途徑的調(diào)控。
　　 (4)利用實時熒光定量PCR的方法，對各種非生物