擬南芥和水稻非特異脂質轉運蛋白的分子進化、表達模式以及在花藥發(fā)育中的功能分析RCHY1與CSA互作的功能機理初步探討.pdf

1、（一）擬南芥和水稻非特異脂質轉運蛋白的分子進化、表達模式以及在花藥發(fā)育中的功能分析
　　植物非特異脂質轉運蛋白(non-specific lipid transfer proteins，nsLTPs)是一類小分子堿性蛋白，該蛋白家族在植物的角質蠟質形成、信號轉導以及生殖發(fā)育等方面發(fā)揮了重要的功能。盡管目前通過正向遺傳學的方法，已經克隆出幾十個植物nsLTPs基因并對它們的功能有了初步探討，但在系統(tǒng)對比研究擬南芥和水稻中nsLTPs

2、的分子進化、基因表達和功能預測方面仍很欠缺。
　　本研究從生物信息學的角度出發(fā)，嘗試利用生物信息學的方法，通過對比分析45個擬南芥和49個水稻nsLTPs基因的亞家族分類、基因復制、蛋白結構、表達模式和功能預測等信息，圍繞擬南芥和水稻nsLTPs可能的分子進化、蛋白功能和表達分布的異同展開探討，初步闡明nsLTPs基因家族在單雙子葉中可能存在的進化、表達模式和功能上的差異。同時以花藥發(fā)育過程為例，細致分析和推測花藥發(fā)育中的不同亞家

3、族nsLTPs基因在生殖發(fā)育過程中不同時期的生物學功能，主要研究結果表明：
　　1）從蛋白結構上來看，不同物種在不同環(huán)境中進化上的差異，造成了不同的nsLTPs亞家族；擬南芥的nsLTPs基因更多的定位于內質網上，可能更多的參與內質網合成的疏水化合物的運輸，而與之相對的是水稻中的nsLTPs分布更為廣泛--從細胞核到細胞質都有分布，推測對于整個細胞內部的物質運輸都起到重要作用。
　　2）從擬南芥和水稻的nsLTPs家族基因的

4、染色體分布可以看出，部分的家族成員在染色體上以基因簇的方式呈現，特別是一些基因有緊密連鎖的關系，這說明在nsLTPs家族基因進化的過程中可能由同一片段起源，而且發(fā)生了多拷貝復制。
　　3）nsLTPs的GO功能分析表明，在生物學過程中nsLTPs主要參與水稻中從定位到運輸這個整體過程，可以看出其功能十分完備，而擬南芥中的nsLTPs的富集數據顯示，除了定位運輸以外，更表明其功能與脂質具有密切關系。
　　4）對擬南芥和水稻的n

5、sLTPs家族的不同時期和組織部位的表達譜芯片表達和聚類分析，發(fā)現nsLTPs在擬南芥中的分布十分廣泛，但是其表達數據仍遵循著一定的規(guī)律，這一定程度上佐證了部分nsLTPs基因對于角質層的合成和花藥部分絨氈層的形成有重要的作用。
　　5）通過比對水稻和擬南芥這兩種植物的nsLTPs的表達數據，我們可以發(fā)現nsLTPs在花藥發(fā)育的不同時期的表達情況有較大差異，表現出了較高的廣譜性和互補性，從而顯現出完善的功能分工和協調控制。

6、　　本研究研究結果以期為將來研究nsLTPs在植物中的遺傳學功能、以及雄性不育應用提供相應的理論依據。
　?。ǘ㏑CHY1與CSA互作的功能機理初步探討
　　了解植物花藥發(fā)育和花粉發(fā)育過程，對于提高人們對植物基本生命現象的認識以及作物雜交育種提高農業(yè)產量具有重要意義。我們實驗室前期已經分離鑒定到一個控制水稻葉片中糖到花器官（包括花藥）分配的關鍵MYB轉錄因子CSA(Carbon Starved Anther)，該轉錄因子可

7、以直接控制花藥中單糖轉移酶的表達，從而實現對糖分子從源到庫分配的調節(jié)。因此，進一步研究CSA可能相互作用蛋白以及參與的生物學過程，對于解釋CSA的功能具有重要意義。
　　本研究以期通過構建花藥發(fā)育過程中的酵母雙雜交文庫，來篩選和CSA相互作用的蛋白，研究結果表明，我們獲得了4個可能與CSA的互作蛋白，其中，我們重點關注了E3泛素連接酶家族中RCHY1（Ring finger and CHY1 finger）基因，通過酵母雙雜交驗證

8、以及使用qRT-PCR對CSA及RCHY1進行表達量分析進一步驗證其可能存在的生物學關系，以及嘗試通過Crispr的方法獲得RCHY1敲除突變體，在遺傳學上分析其可能的生物學功能。
　　同時通過生物信息學的方法，對RCHY1在全物種中進行進化樹分析，結果表明 RCHY1這個基因是廣泛存在于生物界中從被子植物到裸子植物，到動物再到單細胞生物鐘都有分布。而E3泛素連接酶家族在大部分的泛素化過程中，特異的決定了底物蛋白的選擇和泛素的鏈接