紅樹植物木欖BgPIP2基因的克隆和表達分析.pdf

1、鹽堿化土壤約占全球可耕地面積的10％，我國約有0.2億多公頃的鹽堿地，隨著工業(yè)污染的加劇，灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展和化肥使用不當?shù)仍?，鹽堿化土壤面積還在繼續(xù)擴大，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損失。根據(jù)Boyer(1982)統(tǒng)計結(jié)果，1939-1978年間，影響作物產(chǎn)量的各種環(huán)境因素中，干旱和鹽堿造成的減產(chǎn)量高達40％以上。近年來，植物的耐鹽生理的研究取得明顯進展。在耐鹽細胞系的培育、滲透調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)移、鹽誘導基因的利用等方面獲得了可喜的成果，對耐鹽機理的

2、研究也取得明顯的進展。 自然環(huán)境中，鹽脅迫由土壤中高濃度的Na<'+>和Cl<'->引發(fā)(如海水灌溉)，導致植物生長發(fā)育受阻，由此引起了各種生理生化變化，其中包括：光合作用受抑制，營養(yǎng)物質(zhì)攝取受阻，質(zhì)膜的解體，活性氧的增多和代謝毒物的積累等，嚴重的還會導致植株死亡。一些植物在受到鹽脅迫后，生長受到抑制，甚至導致死亡，而另一些植物對鹽分有很好的適應(yīng)性。生物學家對植物的耐鹽機制進行了大量的研究表明，植物的耐鹽機制十分復雜，它與小分子

3、滲透物質(zhì)、晚期胚胎發(fā)生富集蛋白、調(diào)滲蛋白(OSM)、水通道蛋白、K<'+>通道蛋白和 ATPase 等的合成及其相關(guān)基因的表達有關(guān)， 水是活細胞的主要組成部分。在活細胞中，水的比例占總重量的70％左右。大多數(shù)的細胞生化反應(yīng)都是在水環(huán)境中進行的。水分子的跨膜運輸是如何實現(xiàn)的是生命科學中一個非常重要的基本問題，水分子雖然可以以簡單滲透擴散方式通過細胞膜，但是擴散速度非常緩慢?？茖W研究證明，水分子跨越細胞膜的快速輸運是通過細胞膜上的一

4、種水通道(aquaporin AQP)蛋白實現(xiàn)的．一個AQP1水通道蛋白分子每秒鐘可以允許30億個水分子通過。水通道蛋白大量存在于動物、植物等多種生物中。在植物中，水通道蛋白直接參與根部水分吸收及整個植物的水平衡。由于水通道蛋白的存在，細胞才可以快速調(diào)節(jié)自身體積和內(nèi)部滲透壓。由此可見，水通道蛋白對于生命活動至關(guān)重要， 木欖屬于紅樹科、木欖屬；白骨壤屬于馬鞭草科、海欖雌屬，生長于熱帶、亞熱帶陸海交匯的海灣河口潮間帶。它在維護海岸生

5、態(tài)平衡；防風減災(zāi)、護堤保岸；環(huán)境污染監(jiān)測、凈化與防治等方面發(fā)揮重要的作用。近十年中，對紅樹林植物的研究主要集中在生理和生態(tài)特點上，作為一種生長在高鹽、高滲透壓下的鹽生木本植物，很少有人將注意力放在與脅迫相關(guān)基因的分子生物學研究上，幾乎沒有任何關(guān)于木欖、白骨壤水通道基因表達分析的相關(guān)報道。 本文比較了GenBank中已登錄的多種植物的PIP基因的氨基酸序列和核苷酸序列，根據(jù)保守序列設(shè)計簡并引物，利用RT-PCR和RACE技術(shù)，首次

6、從木欖葉片中，克隆出PIP基因的cDNA序列，經(jīng)同源性比對，該基因?qū)儆赑IP基因亞家族Ⅱ類；在GenBank中登錄號為EF126757(cDNA序列)。序列分析表明，獲得木欖BgPIP2基因片段1068 bp，5’端非編碼區(qū)和3’端非編碼區(qū)分別為24 bp、201 bp，包含一個843 bp完整的開放閱讀框。該cDNA編碼一個含有281個氨基酸的膜結(jié)合蛋白，具有7個跨膜區(qū)域。推測其蛋白質(zhì)分子量為29.84。kDa，等電點為9.30，與含

7、羞草、歐洲葡萄及擬南芥PIP基因的氨基酸序列同源性分別為90％、91％、88％。利用Northern雜交技術(shù)分析BgPIP2基因在拒鹽性紅樹木欖不同器官中的表達特性，結(jié)果顯示BgPIP2基因在主根和側(cè)根中的表達水平明顯高于嫩莖和葉片。白骨壤屬泌鹽型紅樹植物，對鹽度的適應(yīng)較廣，一般以5‰-20‰鹽度海水為多，實驗室條件下0‰和30‰鹽度海水中生長情況良好。它是進行耐鹽性生理研究及水通道基因篩選的好材料。我們利用從木欖葉片中克隆出的BgPI