小麦尿卟啉原Ⅲ合成酶基因克隆及序列分析

根据水稻已公布的尿卟啉原Ⅲ合成酶(UROS)基因和小麦EST的保守序列,设计特异性引物对小麦尿卟啉原Ⅲ合成酶基因的部分片段进行克隆,得到了364 bp的cDNA(命名为UROS1)。以UROS1作为种子进行电子克隆,得到一段长为1210 bp的cDNA序列,并设计特异性引物克隆到1个1077 bp cDNA序列。对该片段分析结果表明,克隆得到的小麦UROS基因包含了信号肽区和全长的成熟肽区。小麦UROS基因与水稻UROS基因的同源性为86%左右,其推导氨基酸序列与水稻和拟南芥蛋白序列同源性分别约91%和79%。动物、植物以及微生物间核酸序列的保守性较低,氨基酸序列保守性也不高,但都存在UROS保守结构域(Hem D)。进化分析显示,该酶在不同物种间的进化速度差异较大。

尿卟啉原Ⅲ合成酶研究进展

尿卟啉原Ⅲ合成酶(UrogenⅢS)是四吡咯化合物生物代谢中的关键酶之一,它催化羟甲基胆素重排环合形成天然四吡咯化合物的共同前体-尿卟啉原Ⅲ。总结了UrogenIIIS在生化性质、晶体结构、催化机理等方面的研究成果。

甘蓝型油菜尿卟啉原Ⅲ合成酶基因BnHemd的克隆和功能分析

为探讨油菜尿卟啉原Ⅲ合成酶基因Bn Hemd的功能及其与叶绿素合成的关系,促进光合效率和产量的提升,利用基因编辑技术对甘蓝型油菜中双11号中该基因在A9和C8染色体上的两个拷贝进行编辑。从中双11号中克隆到基因Bn A09.Hemd和Bn C08.Hemd,CDS序列分别为885 bp和876 bp,均由9个外显子构成,各编码294和291个氨基酸残基。Bn Hemd蛋白性质与结构分析结果表明,甘蓝型油菜中基因Bn Hemd的两个拷贝的蛋白理化性质十分相似,均为不稳定蛋白,相对分子质量分别为31.97 k D和31.40 k D。系统进化树分析表明,Bn A09.Hemd和Bn C08.Hemd分别与白菜和甘蓝中的同源基因亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明,Bn Hemd在中双11号的根、茎、叶、花蕾、种子和角果皮中均有表达,在角果皮和花蕾中的表达量远高于根、茎、叶。初步的功能分析结果表明,中双11号中该基因两个拷贝同时编辑的植株表现为:叶绿素含量显著减少、光合速率降低、生长迟缓,表明甘蓝型油菜BnHemd对叶绿素合成起重要作用,同时影响光合效率和生长发育。

小麦UROS基因的可变剪接

可变剪接是一种重要的基因表达调控机制,对植物的发育、生理、代谢、信号转导以及外界逆境的响应等多个过程都有调控。为进一步探讨小麦基因的可变剪接机制以及深入研究小麦UROS基因的功能,以返白系、矮变1号和中国春三个普通六倍体小麦品种为材料,克隆了尿卟啉原Ⅲ合成酶基因(UROS)的gDNA和cDNA序列,并利用生物信息学技术研究了小麦叶片中UROS基因的可变剪接方式。结果表明,根据在线小麦基因组数据库,将克隆到的UROS基因组DNA序列分别定位在4BL和4DL两个基因位点,命名为UROS-4B和UROS-4D。从三个品种中克隆得到大约50个不同的UROS基因cDNA序列,通过在线预测和与基因组序列比对,发现UROS基因存在可变剪接,并鉴定出两个UROS基因位点各有一个标准剪接转录本和两个非标准剪接转录本。可变剪接方式以内含子保留为主,还有可变的供体剪接位点和可变的受体剪接位点,品种间的剪接方式不完全相同。由不同转录本预测编码的多肽氨基酸序列也存在差异,两个基因位点选取的六个转录本所编码的多肽有12个氨基酸位点的变异。