二穗短柄草MAPK和MAPKK家族的鑒定、相互作用及其表達譜分析.pdf

1、促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinases,MAP激酶,MAPK)級聯(lián)途徑是真核生物信號傳遞網絡中的重要途徑之一。該途徑由3類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶MAPKKK-MAPKK-MAPK家族組成,它們通過依次磷酸化將上游信號傳遞至下游應答分子。這些蛋白質參與了細胞生長、增殖、分化、生存、發(fā)育和抵御低溫、高熱、氧化脅迫、紫外輻射、干旱及病原菌侵害等多種信號轉導過程。過去已經對模式植物擬南芥和水稻的MA

2、PK、MAPKK基因家族的成員進行了系統(tǒng)的研究,然而對禾本科新型模式植物二穗短柄草這兩個家族成員的系統(tǒng)研究還未見報道。二穗短柄草為一年生雜草,基因組小(272Mbp)、生長條件要求簡單、植株矮小、生活周期短、自花授粉、易于培養(yǎng)和轉化。近年來,隨著二穗短柄草(Bd21)測序工作的完成,為其進行全基因組分析MAPK級聯(lián)途徑的家族成員提供了可能。
　　本研究根據(jù)植物MAPK和MAPKK基因的保守性從二穗短柄草中分離了16個MAPK和12

3、個MAPKK基因。對這兩個基因家族成員的命名、分類、系統(tǒng)進化、蛋白保守基序、染色體分布、基因復制、基因結構、啟動子區(qū)、與水稻和擬南芥直系同源基因的同線性、表達模式以及這兩基因家族蛋白之間的相互作用進行了系統(tǒng)分析。其主要研究結果如下:
　　1)通過同源比對和HMMER搜索,從二穗短柄草中鑒定了16個MAPK和12個MAPKK基因。多序列比對、進化和保守基序分析結果表明,二穗短柄草與擬南芥、水稻的MAPK基因家族的分類相似,也分為A,

4、B,C,D四組。其中有6個成員含有TEY基序,9個成員含有TDY基序,一個成員含有MEY基序。二穗短柄草的MAPKK基因家族的成員也分為四組,其中有一組成員較多(5個),而其它組的成員數(shù)量相對比較均一。
　　2)染色體定位分析結果顯示:這兩個基因家族在染色體上的分布不是隨機的,而是在某個染色體或者染色體某個片段上分布密度較高。基因復制事件分析結果表明,串聯(lián)重復和片段重復復制對于二穗短柄草MAPK和MAPKK基因家族成員的擴增起著重

5、要的作用。二穗短柄草、水稻和擬南芥同線性分析結果顯示:二穗短柄草中50％的MAPK和42%的MAPKK基因與水稻的中的直系同源基因存在同線性,而只有一個MAPK基因與擬南芥中的直系同源基因存在著同線性;這與我們所了解的植物進化史相一致。
　　3)內含子外顯子結構分析結果表明:MAPK基因家族所有成員均含有內含子,數(shù)目在3到11之間變化。而58.3%的MAPKK基因家族成員沒有內含子,其余的MAPKK家族成員內含子數(shù)目平均為8.8個

6、。親緣關系較近的家族成員具有非常相似的內含子和外顯子結構組成。另外我們還分析了這兩個家族基因啟動子區(qū)與植物抗逆、抗病有關的四個調控元件:WBOX,CBF,DRE和GCC,結果表明:這兩個家族的所有成員均含有WBOX。在這四個調控元件中,每個成員含有WBOX數(shù)目最多,DRE最少。然而這四個調控元件在每個基因啟動子區(qū)的排列組合和它所對應的EST數(shù)目的多少沒有明顯的相關性。
　　4)將6個MAPK和4個MAPKK基因(5個蛋白,選擇性剪

7、接)分別克隆到對應的酵母雙雜載體上用于研究它們之間的相互作用。結果表明一個MAPK可以與多個MAPKK之間有相互作用,反之亦然。這種MAPK-MAPKK之間的交叉相互作用反映出MAPK信號轉導途徑的多樣性。
　　5)利用RT-PCR和現(xiàn)有的芯片數(shù)據(jù)庫,比較分析了二穗短柄草、水稻、擬南芥的MAPK和MAPKK基因在各個組織、非生物脅迫環(huán)境下的表達模式,以及水稻與二穗短柄草中的這兩個基因家族直系同源基因或者旁系同源基因對在不同光照條件