龍須菜高溫脅迫響應的鈣調素信號傳導途徑的研究.pdf

1、龍須菜是一種重要的產瓊膠海藻，研究龍須菜的高溫脅迫分子響應機理對于提高其高溫耐受性，延長栽培期，提高產量具有重要意義。研究表明，鈣-鈣調素(Ca2+-CaM)信號傳導系統(tǒng)在植物的高溫脅迫響應中起重要作用。本論文擬在前期通過對龍須菜進行高溫脅迫下的SSH差異顯示得到CaM的表達序列標簽的基礎上，首次克隆龍須菜的CaM基因及篩查到的其結合蛋白--肌醇-1-磷酸合成酶(MIPS)的基因，并研究其在高溫脅迫下的表達模式，為探討龍須菜對高溫脅迫的

2、響應機理打下基礎，并為龍須菜耐高溫品系的選育提供可用的基因信息。
　　 本論文首先分別從野生型和981龍須菜中克隆得到多種鈣調素(CaM)亞型基因。野生型龍須菜包含三種CaM亞型基因-cam1、cam2和cam3，981龍須菜包含兩種CaM亞型基因-cam1和cam2。其中，cam1在兩種龍須菜中完全一致，其cDNA序列長度均為526bp，ORF長450bp，可編碼150個氨基酸，其DNA序列長度均為832bp，含有4個外顯子，

3、3個內含子，cam1在兩種龍須菜的基因組中均為單拷貝。而cam2在兩種龍須菜中有所不同，其中野生型龍須菜cam2 cDNA全長為600bp，ORF長447bp，可編碼149個氨基酸，981龍須菜cam2cDNA全長為474bp，ORF長447bp，可編碼149個氨基酸，兩種cam2的DNA序列均無內含子，基因相似性為78％，其所編碼的氨基酸序列的相似性為87％。cam3 DNA序列長度為809bp，預測其具有2個內含子，3個外顯子，預測

4、的cDNA序列長度為447bp，但目前該基因只能從野生型龍須菜基因組DNA中擴增得到，無法從cDNA中擴增得到，推測cam3可能在轉錄過程中沉默。
　　 采用熒光定量PCR的方法測定在28℃和32℃的熱激條件下，981和野生型龍須菜不同CaM亞型的表達情況，發(fā)現(xiàn)無論是在28℃還是32℃的熱激條件下，cam1在981龍須菜中的表達水平在整體上高于野生型龍須菜，表明981龍須菜的cam1在高溫脅迫下能更有效表達，以傳遞熱激信號，使得

5、981龍須菜對高溫的耐受能力更強。cam2在981龍須菜中的表達情況與cam1不完全一致，在28℃熱激時，cam2的整體表達水平低于cam1，但在32℃熱激條件下，兩者表達情況相似，推測在981龍須菜熱脅迫信號的傳導過程中，CaM1可能為起主要作用的CaM亞型，而CaM2只有在981龍須菜處于溫度更高、熱激時間更長等更為苛刻條件下時才會上調表達，對CaM1起到有效的補充和輔助作用。此外，本實驗發(fā)現(xiàn)野生型龍須菜的cam2只有通過巢式PCR

6、反應才能夠從其高溫脅迫表達的cDNA中擴增出來，而不能通過一步PCR反應直接擴增到目的條帶，可能由于其在cDNA中的拷貝量較低，因此無法利用熒光定量PCR對其熱脅迫下的表達水平進行檢測。相比較而言，981龍須菜中可能有更多的CaM參與熱激信號傳導，這可能與981龍須菜耐高溫性更強直接相關。
　　 據文獻報道CaM自身并沒有活性，只有活化后進一步與鈣調素結合蛋白(CaMBP)的短肽序列結合，才能誘發(fā)其結構變化，從而共同調控信號傳導

7、途徑，因此研究CaMBPs有助于探明鈣調素介導的信號轉導途徑。本實驗室前期通過酵母雙雜交系統(tǒng)篩查獲得了龍須菜CaM結合蛋白--肌醇1-磷酸合成酶(myo-inosito1-1-phosphate synthase，MIPS)的EST，本論文在此基礎上擴增得到mips的cDNA和DNA序列全長，該序列在981龍須菜和野生型龍須菜中完全一致，且與其它物種mips具有較高同源性，其DNA序列全長為2067bp，無內含子，開放閱讀框為1623b

8、p，可編碼540個氨基酸。對MIPS氨基酸序列分析，推測其CaMBD(CaM_Binding Domain)為第212位至236位氨基酸，符合大多數CaMBD所具有的結構特征。將該MIPS與CaM進行酵母雙雜交回復驗證，證明MIPS與CaM存在相互作用，是龍須菜的一種鈣調素結合蛋白。通過Real-TimePCR對32℃熱激下981龍須菜和野生型龍須菜CaM與MIPS的表達量進行測定，發(fā)現(xiàn)其表達水平均呈現(xiàn)周期性上升趨勢，但CaM與MIPS