利用酵母双杂交系统筛选介体异沙叶蝉中与小麦矮缩病毒外壳蛋白互作的蛋白质

【目的】利用分离泛素酵母双杂交膜系统(split-ubiquitin yeast membrane system),以小麦矮缩病毒(Wheat dwarf virus,WDV)的外壳蛋白(CP)基因为诱饵对异沙叶蝉(Psammotettix alienus L.)c DNA文库进行筛选,研究异沙叶蝉传播WDV的分子机制。【方法】以笔者实验室饲养的异沙叶蝉为材料,提取其总RNA后取100 ng进行纯化,利用SMART法反转录合成ds c DNA,经过Sfi I酶切纯化,连接到p PR3-N文库载体上,构建得到以p PR3-N为载体的异沙叶蝉分离泛素酵母双杂交膜系统c DNA文库。同时,构建带有Sfi I酶切位点的诱饵载体p DHB1-WDV CP,经功能检测后用诱饵载体初步筛选p PR3-N空文库,寻找适合筛库的条件和确定His基因产物抑制剂3-氨基-1,2,4-三唑(3-AT)的使用浓度。然后用诱饵载体筛选异沙叶蝉c DNA文库,对筛选结果进行分析,再通过共转验证和β-半乳糖苷酶检测进一步验证是否发生互作。利用Uniprot和KEGG在线网站,对筛到的蛋白进行gene ontology(GO)注释和Pathway分析。【结果】初级文库库容量超过2.0×106 cfu,文库实际扩增数量大于1.3×106 cfu,文库重组率大于97%,扩增文库插入片段平均长度大于1 000 bp,表明异沙叶蝉c DNA文库的质量较高。酶切验证显示诱饵载体p DHB1-WDV-CP中CP的插入完整而准确。功能检测表明融合蛋白能够正确表达。在3-AT浓度为5 mmol?L-1的筛选条件下,诱饵载体筛选异沙叶蝉c DNA文库得到280个克隆,经测序和Blast比对分析最终得到12个可能与WDV的CP发生互作的异沙叶蝉蛋白质。将这12个蛋白质再次进行共转验证和β-半乳糖苷酶检测,最终得到9个蛋白质与WDV CP互作。GO注释显示,9个蛋白参与的生物过程包括蛋白去磷酸化、碳水化合物代谢过程、先天性免疫应答、模式识别受体的信号通路、运输、同向运输和乙醇氧化等;分子功能包括金属离子结合活性、蛋白磷酸酶活性、信号模式识别受体的活性、水解酶活性、磷酸离子载体活性和叶酸运输活性等。参考KEGG数据库,这些蛋白参与的代谢途径有泛素介导的蛋白水解途径、内吞作用、花生四烯酸代谢途径、c AMP信号通路和模式识别受体的信号通路等。【结论】异沙叶蝉分离泛素酵母双杂交膜系统c DNA文库的成功构建与筛选,为研究异沙叶蝉与小麦矮缩病毒的互作机制研究奠定了基础。

拟南芥液泡分拣蛋白AtVPS25调控植物生长素响应的功能分析

【目的】鉴定生长素胁迫条件下纯合突变体vps25的表型,获得拟南芥液泡分选蛋白AtVPS25的互作蛋白,并分析AtVPS25和其互作蛋白在生长素响应过程中的功能及其分子机制。【方法】根据"三引物法"鉴定突变体;通过观察拟南芥vps25突变体在外加生长素的培养基上的表型,鉴定AtVPS25的功能;以AtVPS25为诱饵蛋白,采用泛素分离系统筛选在拟南芥中与其互作的蛋白;利用酵母互作试验和双分子荧光互补试验(BiFC)验证AtVPS25与AtAIR12(for Auxin-Induced in Root cultures)的互作关系;鉴定AtVPS25和AtAIR12蛋白在植物细胞中的定位情况;采用Real-time PCR方法,分析在生长素处理条件下,部分生长素运输相关基因在拟南芥vps25突变体中的表达变化。【结果】Real-time PCR结果显示,10μmol·L-1 IAA处理条件下,在野生型拟南芥(WT)中,AtVPS25的表达量随着胁迫时间的增长而增高,并在12 h达到最高,约为0 h的40倍,证明AtVPS25受生长素处理的诱导表达。利用泛素分离系统筛库获得AtVPS25的互作蛋白AtAIR12、AtVPS25与AtAIR12全长蛋白序列的酵母双杂交试验证明AtVPS25与AtAIR12互作。亚细胞定位试验证明AtVPS25定位在细胞膜和细胞质中,AtAIR12定位在细胞膜及叶绿体膜上。BiFC(双分子荧光互补)试验结果显示,AtVPS25蛋白与AtAIR12蛋白互作,并且互作位点在细胞膜和细胞质中。突变体鉴定获得纯合突变体vps25。vps25在0.1 mg·L-1 IAA条件下生长,表现为主根伸长受到抑制,并且相对同一条件下的WT的主根长度差异极显著(P<0.01),而同时侧根数无明显差异,这与已报道的air12-1突变体在生长素处理条件下的表型相似。10μmol·L-1 IAA处理时,在WT背景条件下,AtAIR12的表达量对IAA响应明显,并且随着胁迫时间的增长而增高,在12 h时达到最高,约为0 h的80倍,证明10μmol·L-1 IAA处理条件下,WT中AtAIR12表达量的变化趋势与AtVPS25完全相同。同时在vps25突变体背景条件下,AtAIR12的表达相对于WT受到抑制,在0-24 h表达量无明显变化。此外,在vps25突变体背景条件下,生长素输出载体基因AtPIN2相对于WT中表达量降低,生长素输入载体基因AtLAX2相对于WT中表达量提高。【结论】拟南芥液泡分拣蛋白基因AtVPS25受IAA诱导表达,参与调控植物主根的发育,AtVPS25可以与生长素响应蛋白AtAIR12在细胞质和细胞膜上互作,AtVPS25调控部分生长素相关基因的表达,AtVPS25通过调控这些下游基因的表达影响生长素在根部的响应。AtVPS25与AtAIR12的调控机制需要进一步深入研究。

拟南芥G蛋白α亚基GPA1互作蛋白铜离子结合蛋白AtBCB的鉴定及功能分析

拟南芥G蛋白复合体(异源三聚体包括α、β、γ亚基)参与植物多个信号转导途径,G蛋白复合体通过膜上的G蛋白偶联受体(GPCR)接受胞外信号后通过3个亚基将信号传递给下游效应器。目前,有关植物G蛋白复合体的效应器及其信号传递途径的报道较少,寻找新的G蛋白的效应器有助于阐明G蛋白复合体相关的信号传导途径。本研究以拟南芥G蛋白α亚基GPA1为诱饵蛋白,利用泛素分离系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与GPA1互作的铜离子结合蛋白AtBCB。荧光双分子杂交(BiFC)试验证明,GPA1与AtBCB的互作发生在细胞膜上。基因表达特性分析结果显示,GPA1和AtBCB受金属铝胁迫的诱导表达。进一步以野生型拟南芥(WT)、GPA1拟南芥突变体gpa1-4和AtBCB拟南芥突变体bcb为材料,研究该基因对植物耐金属铝胁迫的功能,结果显示,在无胁迫情况下,2个突变体和WT根部的丙二醛含量无显著差异;在100μmol L–1Al3+处理下,gpa1-4突变体根部丙二醛含量显著(P<0.05)低于WT低;bcb根部丙二醛含量极显著(P<0.01)高于WT。对3个铝胁迫响应基因(苹果酸转运体基因AtALMT1、半类型ABC转运蛋白基因ALS1和ABC转运蛋白基因ALS3)的表达进行Real-time PCR分析,比较它们在突变体和野生型之间的表达差异,发现在有铝和无铝处理情况下,ALS1和ALS3的表达水平在突变体和WT间均无显著差异;在铝处理下,gpa1-4中AtALMT1的表达量极显著高于WT;在bcb中的表达量显著低于WT。以上结果表明,植物通过细胞膜上的G蛋白α亚基GPA1和铜离子结合蛋白AtBCB的相互作用调控下游基因AtALMT1的表达,参与植物对铝胁迫的响应,其中GPA1对铝胁迫耐受起负向作用,AtBCB对铝胁迫耐受起正向作用。

利用酵母双杂交系统研究桑脉带相关病毒核外壳蛋白自身相互作用

桑脉带相关病毒(mulberry vein banding-associated virus,Mu VBa V)属布尼安病毒科番茄斑萎病毒属,是广西桑树病毒病的主要病原。为研究其核外壳蛋白(nucleocapsid protein,N)的自身相互作用,本研究利用分离泛素酵母双杂交膜系统构建了N蛋白的诱饵表达质粒和猎物表达质粒并转化酵母菌株NMY51。诱饵表达质粒p BT3-SUC-Mu VBa V-N或p DHB1-Mu VBa V-N和阳性对照质粒p Ost1-Nub I共转化的酵母菌在筛选性营养缺陷型培养基上SD-trp-leu-his-ade(SD-AHLW)均能正常生长,而与阴性对照质粒p PR3-N共转化的酵母在营养缺陷型SD-AHLW平板上不能正常生长,表明N蛋白诱饵质粒的表达产物没有自我激活活性,对酵母细胞也没有毒性。N蛋白诱饵表达质粒及其猎物表达质粒共转化的酵母也可以在SD-AHLW培养基上正常生长,说明N蛋白在酵母细胞中可发生自我相互作用。本研究结果为今后研究Mu VBa V N蛋白的功能以及通过筛选桑c DNA文库获得互作寄主因子奠定了良好的基础。