陸地棉谷胱甘肽過(guò)氧化物酶家族序列和功能初步分析.pdf

1、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(Glutathione peroxidase，GPX)是清除活性氧的一類(lèi)主要酶。許多關(guān)于GPX的研究發(fā)現(xiàn)，GPX家族在植物應(yīng)答和防御生物和非生物脅迫中都發(fā)揮著重要作用。本論文主要以陸地棉為研究對(duì)象，通過(guò)生物信息學(xué)分析、組織表達(dá)分析、亞細(xì)胞定位研究和GPX的活檢測(cè)等手段，對(duì)陸地棉GPX家族的基因序列進(jìn)行歸納、分析和初步的功能檢測(cè)。
　　我們根據(jù)擬南芥GPX家族氨基酸序列，利用BLASTp分析工具，在中棉所數(shù)據(jù)庫(kù)中

2、發(fā)現(xiàn)陸地棉的12個(gè)GhGPX基因，分別命名GhGPX1-GhGPX12，它們分別位于A基因組和D基因組。生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，GhGPX家族的12個(gè)基因的氨基酸序列，具有典型的GPX結(jié)構(gòu)中的三個(gè)保守結(jié)構(gòu)域和三個(gè)半胱氨酸位點(diǎn)；除了GhGPX5和GhGPX11的蛋白質(zhì)分別為562個(gè)和245個(gè)氨基酸，其他GhGPX基因的氨基酸序列長(zhǎng)度在156-171之間。分子量也都在18-19KD之間。對(duì)GhGPX蛋白質(zhì)序列進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)分析，結(jié)果表明 G

3、hGPX1可能位于葉綠體，GhGPX5可能位于線(xiàn)粒體或者是葉綠體，其余的10個(gè)GhGPX可能位于胞質(zhì)。從水稻、楊樹(shù)、擬南芥和陸地棉的進(jìn)化樹(shù)比較分析中發(fā)現(xiàn)，陸地棉中的GPX與其余的幾個(gè)物種GPX間同源性較低。
　　定量PCR分析發(fā)現(xiàn)，GhGPX1、GhGPX4、GhGPX6、GhGPX7、GhGPX8和GhGPX12在棉花的根、莖、真葉和子葉中都有表達(dá)，其中GhGPX1在真葉中表達(dá)量最高。對(duì)不同的非生物脅迫下棉花幼苗的GPX基因表達(dá)

4、分析發(fā)現(xiàn)，35℃高溫能誘導(dǎo)葉片中的GhGPX7表達(dá)，35℃高溫處理陸地棉24 h時(shí)后，根中 GhGPX1、GhGPX6、GhGPX7、GhGPX8和GhGPX12表達(dá)量都有明顯的提升；根中的GhGPX6和葉中的GhGPX12受NaCl誘導(dǎo)表達(dá)，其表達(dá)量約為原來(lái)的三倍；當(dāng)用FeSO4處理時(shí)，葉片中的GhGPX1、GhGPX6、GhGPX7、GhGPX8和GhGPX12都呈現(xiàn)表達(dá)量先上調(diào)后下降的表達(dá)模式；當(dāng)用ABA處理時(shí)，葉中GhGPX12

5、的表達(dá)量上調(diào)四倍左右；當(dāng)用MeJA涂抹棉花的幼葉3 h后，GhGPX4基因的表達(dá)量上調(diào)了二十倍左右；在用SA涂抹棉花的葉片時(shí)，GhGPX1和GhGPX4的表達(dá)量均有所上調(diào)。利用擬南芥葉肉細(xì)胞原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)表達(dá)GhGPX蛋白，通過(guò)激光共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)， GhGPX1-GFP融合蛋白定位于葉綠體， GhGPX2-GFP，GhGPX4-GFP，GhGPX6-GFP，GhGPX7-GFP和 GhGPX9-GFP定位于細(xì)胞質(zhì)。利用酵母 GP

6、X3功能缺失突變體，將 GhGPX基因轉(zhuǎn)到 GPX3酵母突變體中，分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入GhGPX2、GhGPX4、GhGPX6和 GhGPX7能增強(qiáng)酵母 GPX3突變體抗氧化性，表明GhGPX2、GhGPX4、GhGPX6和GhGPX7具有清除活性氧的功能。
　　綜上所述，本研究鑒定了陸地棉中的GPX家族的12個(gè)基因，這些基因在棉花的不同組織中表達(dá)量不同，可能定位于細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中；GhGPX廣泛應(yīng)答于各種非生物脅迫，具有清除活性氧的功能