胡楊Vps37基因家族進(jìn)化分析及功能分化.pdf

1、基因家族為生物進(jìn)化提供了最基本的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，基因家族不同拷貝的功能分化，是生物適應(yīng)性進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)力之一。Vps37是真核生物中特有的ESCRT復(fù)合物（胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)分選復(fù)合體）的重要組成蛋白，不僅參與了植物重要的生長(zhǎng)發(fā)育過程，在植物鹽脅迫等抗逆過程中起重要的作用。胡楊是重要的荒漠樹種，具有很強(qiáng)的耐鹽、耐旱、抗風(fēng)沙等能力，是研究樹木抗逆機(jī)理的主要模式樹種之一。本研究中，通過系統(tǒng)發(fā)育分析方法研究胡楊Vps37基因家族的進(jìn)化，以及通過植物轉(zhuǎn)基因

2、方法檢測(cè)不同拷貝間可能存在的功能分化，得到如下結(jié)果：
　　1）根據(jù)功能domain區(qū)與基序motif的分布及分子克隆技術(shù)的驗(yàn)證，證實(shí)胡楊Vps37基因家族有兩個(gè)拷貝：PeVps37-1與PeVps37-2。氨基酸序列分析表明，胡楊兩個(gè)基因均有一個(gè)Vps37基因家族特有的保守的Mod-r domain。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，PeVps37-2具有較快的進(jìn)化速率，受到了強(qiáng)烈正選擇（dN/dS>1），表明兩個(gè)旁系同源基因間很可能發(fā)生了功能分化，

3、胡楊PeVps37-2可能經(jīng)歷了潛在的適應(yīng)性進(jìn)化，這很可能對(duì)胡楊響應(yīng)脅迫環(huán)境起關(guān)鍵作用。
　　2）胡楊PeVps37-1與PeVps37-2在鹽脅迫下，其表達(dá)模式發(fā)生了顯著的分化。PeVps37-1與PeVps37-2主要在根、木質(zhì)部、韌皮部中表達(dá)，在葉片中表達(dá)量較少，PeVps37-2在根、木質(zhì)部中的表達(dá)量明顯高于 PeVps37-1。然而，當(dāng)不同NaCl脅迫后，葉片組織中，PeVps37-1與PeVps37-2的表達(dá)量均顯著升

4、高；但在其他組織中卻無明顯的變化。亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)PeVps37-1與PeVps37-2均定位在細(xì)胞膜與細(xì)胞間質(zhì)中。推測(cè)Vps37亞基協(xié)助ESCRT-Ⅰ復(fù)合物結(jié)合于質(zhì)膜上，進(jìn)而招募下游ESCRT-Ⅱ復(fù)合體，共同誘導(dǎo)內(nèi)體膜生成初始芽體，進(jìn)而在細(xì)胞間質(zhì)中完成ESCRT復(fù)合體系統(tǒng)進(jìn)行多囊泡體MVBs途徑的功能。
　　3）PeVps37-2轉(zhuǎn)基因擬南芥在 NaCl脅迫下長(zhǎng)勢(shì)和萌發(fā)率均優(yōu)于 Col-0與PeVps37-1轉(zhuǎn)基因擬南芥，且在擬南

5、芥致死濃度即200mMNaCl脅迫下仍然萌發(fā)率超過75％。在NaCl脅迫下觀察根長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)PeVps37-2轉(zhuǎn)基因擬南芥根長(zhǎng)明顯長(zhǎng)于Col-0和PeVps37-1轉(zhuǎn)基因擬南芥。說明超表達(dá)PeVps37-2提高了擬南芥抗鹽能力。
　　4）為了進(jìn)一步研究 PeVps37的生物學(xué)功能，PeVps37-1遺傳轉(zhuǎn)化入木本植物毛白楊中用潰瘍病致病菌侵染高表達(dá)轉(zhuǎn)基因毛白楊葉片，4～7天后可觀察到毛白楊葉片接種菌斑的部位感病情況。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因毛白楊葉片