擬南芥紫色酸性磷酸酶基因的表達(dá)模式分析與atpap23的功能研究

1、摘 要摘 要紫色酸性磷酸酶 ( P A P s ) 是生物體內(nèi) 存在的 一種金屬磷脂酶蛋白， 其生 化功能是分解有機(jī)磷底物， 釋放磷酸根基團(tuán) ( P i ) 。在哺乳動(dòng)物及植物中 對(duì)紫色酸性磷 酸 酶 的 研 究 表明 不 同 的P A P 可 能 具 有 不同 的 生 物 學(xué) 功 能 。 擬 南 芥( A r a b i d o p s i st h a l i a n a ) 全 基因 組 測(cè) 序 完 成， A G I ( A r

2、 a b i d o p s i s G e n o m e I n i t i a t i v e ) 對(duì) 序 列的 預(yù)測(cè)及本實(shí)驗(yàn)室前期的 研究表明擬南芥基因組中 存在 2 9 個(gè)可能的 編碼紫色酸性磷酸酶的基因。 這些已 有的 序列結(jié)果以 及功能 基因組學(xué)研究體系的完善為我們從全基因 組水平上深入認(rèn)識(shí)紫色酸性磷酸酶在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的 作用提供了一個(gè)很好的 研究契機(jī)。 本博士論文的研究課題就是圍 繞擬南芥全基因組所編碼的 紫色酸性

3、磷酸酶基因展開的，首次從全基因組的水平上對(duì)擬南芥紫色酸性磷酸酶基因( A t P A P ) 的 表達(dá)模式 進(jìn)行研究， 并 在 此基 礎(chǔ)上對(duì)一 個(gè)代表 成員的生 物學(xué) 功能 進(jìn)行了 分析，得出以 下主要結(jié)論。本實(shí)驗(yàn)室李東屏博士在 2 0 0 2 年對(duì)擬南芥基因 組中的紫色酸性磷酸酶基因 進(jìn)行了 報(bào)道， 分離了7 個(gè)A t P A P基因的全長(zhǎng) c D N A ， 并利用預(yù)測(cè)的氨基酸序列對(duì)該家族的 2 9 個(gè) A t P A P 進(jìn)行了系

4、統(tǒng)發(fā)育分析。 在本研究中， 又分離和鑒定了2 0 個(gè)A t P A P 基因的全長(zhǎng)c D N A ， 雖然我們嘗試各種努力試圖 克隆A t P A P 5 的 全長(zhǎng)c D N A ,但一直沒有成功， 這也許是由于A t P A P 5 基因不轉(zhuǎn)錄或者是轉(zhuǎn)錄水平太低以 至于難以 通過(guò)R T P C R檢測(cè)到的緣故。 另外， 我們得到的A t P A P 1 9 基因的c D N A序列與預(yù)測(cè)的序列相比， 多出了 一個(gè)內(nèi) 含子， 對(duì)該基因

5、 全長(zhǎng)c D N A的分離有待于進(jìn)一步的 工作。 在本論文 分離的 全長(zhǎng)c D N A 序列中， 有6 個(gè)基因( A t P A P 6 , A t P A P 2 0 ,A t P A P 2 3 , A t P A P 2 4 , A t P A P 2 5 和A t P A P 2 7 ) 的全長(zhǎng)c D N A是首次被分離， 并證明它們?cè)谥参矬w內(nèi) 是表達(dá)的。另外，根據(jù) c D N A 序列對(duì) 2個(gè)基因 ( A t P A P

6、 2 3和A t P A P 2 7 ) 預(yù)測(cè)的 編碼 框進(jìn)行了 更正。 在此 基礎(chǔ)上以 氨基酸序列 進(jìn)行了 系 統(tǒng)發(fā) 育分析， 結(jié)果表明， 2 7 個(gè)基因的 系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與本實(shí) 驗(yàn)室己 發(fā)表的結(jié)果基本相似，僅在個(gè)別成員的位置上發(fā)生了 變化。利用半定量R T P C R 技術(shù)從全基因組水平上對(duì)分離的2 7 個(gè)A t P A P 基因 在根，莖， 葉， 花和英中的 表達(dá)模式進(jìn)行了 研究。 結(jié)果顯示1 6 個(gè)基因( A t P A P 1

7、, A t P A P 2 ,A t P AP 4 , At P AP7 , At P AP 8 , At P A P 9 , At P A P 1 0 , At P A P 1 2 , A t P AP 1 5 , At P A P 1 7 ,摘 要 ~ 一 一 一 -A t P A P 2 4 , A t P A P 2 5 ) 在根中的 表達(dá)受到 缺磷處理的 從頭誘導(dǎo)。利用p r o m o t e r - G

8、U S 轉(zhuǎn)基因 植 物幼苗分 析了A t P A P 2 3 在 缺磷條 件下的 表達(dá)模式。 正常條件下不能檢測(cè)到該 基因 在根中的 表達(dá)， 而缺磷條件下可以 檢測(cè)到其表達(dá)， 而且它的 表達(dá)信號(hào)集中 于根尖的 分生區(qū)。 在葉片中， 正常條件下也檢測(cè)不到該基因的 表達(dá)， 缺磷處理可以 檢測(cè)到 G U S 信號(hào)， 表明 在葉片中 該基因的表達(dá)受到缺磷環(huán)境的誘導(dǎo)，從而使得A t B A P 2 3 在地上部分的 表達(dá)量在缺磷條件下增加。同時(shí)，

9、 利用過(guò)量表達(dá)和R N A j 轉(zhuǎn)基因植物對(duì)A t P A P 2 3 在提高植物對(duì)磷元素利用效率上可能具有的 潛在價(jià)值。 結(jié)果表明， 無(wú)論在正常P i 條件， 還是在缺磷條 件下，R N A i 轉(zhuǎn)基因植物都沒有表型出與野生型植物的差異。 但是過(guò)量表達(dá)A t P A P 2 3 的植物在側(cè)根的發(fā)達(dá)程度以 及酸性磷酸酶活性稍高于野生型植物， 從而可能 提高植物對(duì)根際磷元素的利用效率。由 于時(shí)間限制， 對(duì)擬南芥紫色酸性磷酸酶家族的 基因