小麥甲硫氨酸亞砜還原酶基因家族的分子鑒定與生理功能研究.pdf

1、在正常的有氧代謝、應對各種環(huán)境脅迫以及病菌侵害時細胞中會產(chǎn)生活性氧(ROS)，可以對DNA，蛋白質和脂類等生物大分子造成不利影響并可能最終導致細胞的氧化損傷。盡管大部分生物在進化過程中形成了酶和非酶清除系統(tǒng)來清除ROS，但仍有部分ROS能夠逃脫清除，導致生物大分子的氧化。蛋白質中的許多氨基酸殘基，尤其是含硫氨基酸——半胱氨酸(Cys)和甲硫氨酸(Met)非常易于被ROS氧化。ROS介導的氧化會使Met形成S-和R-兩種差向異構體的甲硫氨

2、酸亞砜(MetSO)，導致許多蛋白的活性和結構的改變，然而這種改變可以被甲硫氨酸亞砜還原酶(MSR)逆轉。MSR主要有兩種類型，MSRA和MSRB，分別特異性作用于S-和R-型MetSO異構體。MSRA和MSRB已經(jīng)在包括細菌、酵母、哺乳動物和植物等在內的大部分生物有機體中得到了鑒定。植物中存在龐大的MSR基因家族，例如，在擬南芥中存在5個MSRA和9個MSRB同源基因，在水稻中也至少存在4個MSRA和3個MSRB?；虻亩嗫截惣熬哂胁?/p>

3、同的亞細胞定位使MSR在植物中可能起到了更多更復雜的作用。
　　 小麥是世界上最重要的糧食作物之一，其生長和產(chǎn)量受到干旱、鹽堿、極端溫度等多種非生物脅迫的嚴重影響，因此提高小麥的耐逆性是提高其產(chǎn)量的一個重要途徑。本實驗室利用不對稱體細胞雜交創(chuàng)制漸滲系新技術，獲得了普通小麥濟南177(JN177)與近緣屬長穗偃麥草(Ae)的小麥漸滲系耐鹽新品種山融3號(SR3)，并利用抑制性差減雜交技術(suppressivesubtractiv

4、ehybridization，SSH)技術構建了山融3號和濟南177鹽脅迫響應的SSHcDNA文庫，為挖掘小麥的耐逆基因提供了平臺。
　　 MSR在植物耐逆方面的研究已經(jīng)在擬南芥及水稻中開展，但是對于小麥中MSR的研究至今未見報道。本論文首先利用擬南芥和水稻的MSR基因對NCBI網(wǎng)站上已經(jīng)發(fā)布的小麥全長cDNA序列進行Blast分析，初步搜索找到了8個小麥同源基因。對這8個基因序列編碼的蛋白產(chǎn)物在生物信息學方面進行了詳細的分析，

5、發(fā)現(xiàn)其中一個與AtMSRA4高度同源，具有MSRA的保守結構域因此命名為TaMSRA4，其余7個與AtMSRB-同源，具有MSRB的保守結構域，并分屬于3個不同的亞家族，分別為TaMSRB1亞家族，包括TaMSRB1.1和TaMSRB1.2，TaMSRB2亞家族，包括TaMSRB2.1、TaMSRB2.2和TaMSRB2.3，以及TaMSRB3業(yè)家族，包括TaMSRB3.1和TaMSRB3.2。它們與同源的擬南芥和水稻的MSR在保守結構

6、域中有著高度的相似性，并且同一亞家族成員間的序列是高度保守的，有的只有幾個氨基酸的差別。軟件預測它們編碼的蛋白質有兩種亞細胞定位方式，TaMSRB2亞家族成員定位在胞質中，而TaMSRA4，TaMSRB1亞家族和TaMSRB3亞家族成員均定位在葉綠體中，這一結果與它們的同源AtMSR存在個別差異。為了探索小麥MSR基因在抗逆方面的功能，本論文選擇了兩個分屬于不同亞家族的基因TaMSRB2.1和TaMSRB3.1進行了深入的研究，其中Ta

7、MSRB2.1在本實驗室的山融3號和親本JN177在NaCl和PEG脅迫下基因差異表達的芯片結果中還表現(xiàn)出了轉錄水平的顯著變化。RT-PCR分析結果表明在NaCl、PEG處理下兩個基因均出現(xiàn)了短暫上調表達的趨勢，兩個基因在不同組織器官中的表達模式也存在差異。從山融3號全長cDNA文庫中對這兩個基因進行了克隆，亞細胞定位實驗表明它們的實際定位結果與軟件預測一致。分別構建兩個基因的過表達載體并轉化模式植物擬南芥，之后進行了多種處理下的擬南芥

8、根長表型實驗，研究發(fā)現(xiàn)過表達TaMSRB2.1的轉基因株系在NaCl和甘露醇處理下與野生型相比表現(xiàn)出了明顯的根長優(yōu)勢，說明TaMSRB2.1的過表達增強了擬南芥對鹽、旱的耐受性，而在H2O2和ABA等處理下轉基因株系與野生型生長狀況無明顯差異;TaMSRB3.1的過表達株系在NaCl、H2O2、ABA以及高濃度的甘露醇處理下根長優(yōu)勢表現(xiàn)顯著，在控水實驗中，過表達TaMSRB3.1使擬南芥的存活率提高。研究結果表明了TaMSRB2.1和T