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Rice mtn3/saliva/SWEET Family Genes and Their Homologs in Cellular Organisms

Molecular Plant 2013年第3期6卷 665-674页

作者： Meng Yuan Shiping Wang National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement National Center of Plant Gene Research (Wuhan) Huazhong Agricultural University Wuhan 430070 China

The mtn3/saliva/SWEET-type genes, existing either alone or in a family group, are found in diverse organisms, from monocellular protozoa to higher eukaryotes, indicating their importance in cellular organisms. These genes encode polytopic membrane proteins that feature an mtn3/saliva domain, also known as a PQ loop repeat, The rice mtn3/saliva/SWEET gene family consists of 21 members and is among the largest families in sequenced organisms. Accumulating data suggest that these genes are involved in multiple physiological processes, including reproductive development, senescence, environmental adaptation, and host-pathogen interaction, in different species. In rice, some members of the family, including Xa13/Os8N3/OsSWEET11, which is essential for reproductive development, are used by the pathogenic bacterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae to invade its host. Emerging data have also revealed that at least some mtn3/saliva/SWEET-type proteins may regulate different physiological processes by facilitating ion transport via interaction with ion transporters or as sugar transporters. The accumulating knowledge about mtn3/saliva/SWEET- type genes will help to elucidate the molecular bases of their function in different organisms.

关键词： mtn3/saliva PQ loop repeat membrane protein SWEET transporter.

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白菜花发育相关基因BcNS的克隆、表达与功能分析

白菜花发育相关基因BcNS的克隆、表达与功能分析

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作者：陈起振浙江大学

学位级别：硕士

芸薹属是十字花科植物的重要类群,也是我国栽培面积最大的蔬菜作物类群。白菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino)是芸薹属芸薹种的一个亚种,是典型的异花授粉作物,具有显著的杂种优势,F0代杂种的推广应用可以提高白菜的生... 详细信息

芸薹属是十字花科植物的重要类群,也是我国栽培面积最大的蔬菜作物类群。白菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino)是芸薹属芸薹种的一个亚种,是典型的异花授粉作物,具有显著的杂种优势,F0代杂种的推广应用可以提高白菜的生产水平。雄性不育材料在白菜F1代种子的生产中具有重要地位,其选育和利用日益受到人们的重视。以白菜雄性不育材料为基础,分析白菜花发育相关基因的表达特征,分离花发育相关基因并验证基因的功能,不仅可以促进白菜雄性不育材料的选育,而且对于揭示植物花发育的分子机制也具有重要的理论意义。本实验室采用ATHl芯片分析了授粉受精前后雌蕊基因的表达差异,发现At2g39060在授粉后的雌蕊中上调表达,同时我们也发现该基因在白菜mmc对应的野生型中上调表达。At2g39060编码的蛋白质是一个mtn3/saliva家族蛋白,该基因在拟南芥中的功能还是未知。为了认识该基因的结构和表达特征,为进一步研究其功能打下基础,本研究利用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends, RACE)技术和同源扩增的方法克隆基因全长,分析其序列特征并预测其蛋白质结构和功能,进而采用实时定量聚合酶链式反应(real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析其在可育株和不育株的不同发育阶段的花蕾中和营养器官中的表达情况,采用组织原位杂交进行该基因的细胞定位,预测其与花发育的关系,同时构建反义RNA表达载体,通过农杆菌介导法转化菜心植株,比较分析转基因植株和对照植株在形态、育性、花器结构、花粉形态及萌发能力等方面的差异,为阐明该基因的生物学功能提供实验证据。取得的主要成果如下：(1)从ATH1基因芯片获得的一个在白菜核雄性不育两用系'Bcajh97-01A/B'可育株和授粉后雌蕊中同时上调表达的基因At2g39060入手,利用同源扩增和RACE技术成功克隆出它在白菜中的同源基因cDNA全长,命名为白菜蜜腺雄蕊发育基因(Brassica campestris Nectary Stamen, BcNS)。该基因的DNA全长为1603碱基对(base pair, bp), cDNA全长为1069bp,利用ClustalX软件比较该基因的cDNA和DNA序列,发现该基因含有6个外显子和5个内含子,内含子长度分别为188 bp、84bp、92 bp、94 bp和76 bp,6个外显子的长度分别为49 bp、37 bp、211bp、162 bp、120 bp和234 bp,外显子-内含子交接处符合GT-AG规律,符合典型的植物内含子剪切模式。BcNS的cDNA序列中,最大开放阅读框(Open reading frame, ORF)为813bp,起始密码子ATG始于第16位,终止密码子TGA止于第828位,5’和3’非翻译区分别为15 bp和241 bp,预测该基因可编码一个含有270个氨基酸的蛋白质。BcNS蛋白质分子量为30110.08 Daltons,等电点为9.117,pH 7.0时的电荷为7.453,包含碱性氨基酸(K、R)21个,酸性氨基酸(D、E)14个,疏水氨基酸(A、I、L、F、W、V)124个,极性氨基酸(N、C、Q、S、T、Y)70个。该蛋白具有2个N-糖基化位点,1个依赖于cAMP和cGMP的蛋白激酶磷酸化位点,1个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点,2个N-豆蔻酰化位点,4个蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)磷酸化位点,1个Big-1(bacterial Ig-like domain 1)结构域位点,2个mtn3/saliva家族位点。该基因的推测蛋白在N端由一段信号肽,信号肽和成熟肽之间的可能切割位点在第26和第27个氨基酸之间,有7个跨膜区,PSORT程序定位该基因在细胞内该蛋白为分泌途径蛋白的可能性最高。(2)实时定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)和原位杂交技术分析BcNS的时空表达表明,该基因用在'Bajh97-01A/B'不育株和可育株的五级花蕾和开放的花中检测到了该基因的表达,开放花中的表达量明显高于第5级花蕾,其它时期没有检测到表达。另外,该基因主要在不育株与可育株的蜜腺和雄蕊中表达,在花瓣和萼片中的表达量极低,在雌蕊中没有表达。其中,该基因在不育株与可育株的雄蕊中的表达量相差无几,几乎相等,但是表达量都不高。而在蜜腺中的表达量非常高,大约是雄蕊中表达量的26～47倍,同时,该基因可育株中蜜腺的表达量大约是不育株中的1.7倍。花器官中的表达情况说明该基因在蜜腺和雄蕊中特异表达,但是不育系和可育系中的表达量差别也并不大,说明该基因与白

关键词：白菜 Brassica campestris ssp. chinensis Brassica rapa ssp. chinensis BcNS mtn3/saliva 花发育基因克隆基因表达 qRT-PCR 原位杂交反义RNA 功能验证

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