甘薯半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因(CPI)克隆及功能初步分析

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cysteine proteinase inhibitor,CPI)是一类广泛存在于动植物体内的蛋白质超家族,它可以与巯基蛋白水解酶形成动态平衡,参与细胞内的多种生命活动,对植物的生长发育和逆境生长具有重要的意义。为了研究甘薯CPI基因的功能,本研究以徐薯18为研究材料,利用甘薯转录组数据库中的注释信息,通过RT-PCR扩增得到全长CPI基因,并对其进行了生物信息学分析。将甘薯CPI基因插入到原核表达载体pET-32a(+)中,并将其转入到大肠杆菌BL21,然后在高温、PEG6000等胁迫培养基中培养,发现含有CPI基因的重组菌株在干旱和高温的环境下胁迫能力有所增加。这表明CPI基因在甘薯抗逆过程中可能起到了一定的作用,为未来进一步研究甘薯CPI基因的功能以及利用遗传工程技术提升甘薯抗逆作用打下了基础。

植物固醇合成途径关键基因CPI1的功能进化

固醇是真核生物膜的重要组分,在生长发育中具有重要作用。CPI1(CYCLOPROPYL STEROL ISOMERASE1)基因是植物特有的固醇合成途径基因,其编码产物为环丙基固醇异构酶。目前只有拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CPI1基因被克隆并解析。研究发现,从藻类到高等开花植物中均存在单一拷贝的CPI1基因。陆生植物CPI1的基因结构及其所编码的氨基酸序列均高度保守,蛋白质序列相似性范围为48%-90%,但陆生植物CPI1与绿藻CPI1的蛋白序列之间存在显著差异。蛋白质结构预测发现CPI1具有非常相似的拓扑结构,均具有7个跨膜结构域和6个亲水环。组织表达模式分析显示,陆生植物CPI1在不同组织中均表达,是组成型表达基因。为了验证CPI1基因的功能,克隆了二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)BdCPI1基因,并转化拟南芥cpi1-1突变体。结果表明,BdCPI1能完全回补cpi1-1突变体的表型。基于单拷贝基因数目、保守的基因结构和蛋白质拓扑结构及基因表达模式,推测CPI1基因的功能可能在陆生植物中高度保守。

利用嫁接技术研究植物固醇的长距离运输

植物固醇是真核生物细胞膜系统的重要组成成分,在植物生长发育过程中起了重要的作用.植物固醇是植物重要的代谢产物之一,并且近年来的研究表明植物固醇可能作为一种信号分子,调控植物的生长发育.信号分子和代谢产物往往能进行长距离运输,但是目前关于植物固醇能否进行长距离运输尚未有报道.本研究以植物固醇合成途径关键基因CPI1的突变体cpi1-1为研究材料,利用嫁接技术探究植物固醇长距离运输问题.研究结果发现植物固醇不能在根和地上部之间进行长距离运输.