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干旱,盐渍是制约农业发展,造成环境恶化的重要因素。解决这一问题的关键是通过获得更多的抗逆基因及利用转基因技术获得具有抗性的高效抗逆植物新品种。
Lea(1ate embroygenesis abundant)基因是一类重要的抗逆相关基因。Lea基因通常是在植物种子发育晚期中大量表达,也可受干旱、盐、低温等胁迫诱导表达。LEA蛋白的表达与植物细胞抗逆保护作用有着密切的关系。但是由于lea基因的多样性和功能的复杂性,其确切的功能和作用机制并不十分明了。LEA蛋白现通常分为4-7组,其中对LEA3组蛋白研究较为清楚。LEA3蛋白序列中通常含有高保守的11氨基酸重复序列(TAQAAKEKAGE),拷贝数从几个到十几个不等。但是大豆PM2蛋白除了含有6拷贝的11氨基酸重复序列外,还有6拷贝的22氨基酸(VNKMGEYKDYAAEKAKEGKDAT)的重复区。并且22氨基酸多肽的表达可以赋予大肠杆菌重组子和转基因烟草的耐盐性能。
本实验利用PM2基因及其缺失克隆为模板,利用PCR法构建酵母表达载体pYES2/PM2、pYES2/PM2A、pYES2/PM2B和pYES2/PM2C。PM2基因可以编码全长PM2蛋白。PM2A基因编码PM2蛋白的1-262氨基酸。PM2B基因编码PM2蛋白里的129-262氨基酸,编码6拷贝的22氨基酸序列。PM2C基因由两个PM2B基因头尾连接而成,可以编码12个拷贝的22-氨基酸重复序列,PM2C多肽的长度是PM2B多肽的两倍。将酵母表达载体pYES2/PM2、pYES2/PM2A、pYES2/PM2B和pYES2/PM2C转化酵母细胞INVSC1得到酵母重组菌INV/PM2、INV/PM2A、 INV/PM2B和INV/PM2C。将空载体pYES2/CT转化酵母细胞INVSC1得到对照菌INV/pYES2。本实验利用PM2蛋白及其缺失多肽具有热稳定的特性,将酵母细胞的热不稳定蛋白除去,初步纯化和富集PM2蛋白及其缺失多肽。SDS-PAGE电泳结果表明,重组菌INV/PM2、INV/PM2A、INV/PM2B和INV/PM2C可分别表达分子量约为50kDa、30kDa、17kDa和34kDa的特异蛋白条带,与目的蛋白的理论分子量接近。利用液相色谱-电喷雾质谱或者MALDI-TOF对四条特异蛋白条带进行分析鉴定,表明PM2蛋白及其缺失多肽可在酵母细胞中得到表达。
大豆PM2蛋白(LEA3)及其22氨基酸重复区在酵母细胞中的耐盐功能研究测定转基因重组菌子酵母INV/PM2、INV/PM2A、INV/PM2B和INV/PM2C及转空载体对照菌INV/pYES2在无胁迫和含1.5mol/LNaCl、2mol/L山梨糖培养基中的生长曲线。结果表明大豆:PM2蛋白及其缺失多肽的表达对酵母正常生长没有影响。在含1.5mol/L NaCI的培养基里,对照酵母菌INV/pYES2约经75小时的滞后期进入对数生长期。重组子酵母INV/PM2和INV/PM2A,INV/PM2B,INV/PM2C的滞后期比对照菌INV/pVES2要短。其中酵母菌INV/PM2和INV/PM2A在经过约50小时的滞后期后进入对数生长期。INV/PM2B的滞后期短于酵母菌INV/PM2和INV/PM2A的滞后期,约需要45小时。酵母菌INV/PM2C的生长情况要好于其它的酵母菌,在约40小时后就进入对数生长期。但是在含2mol/L山梨糖的高渗培养基里,转基因酵母菌和对照菌的生长情况无明显差异。表明PM2蛋白及其缺失多肽的表达可以提高酵母细胞的抗盐能力,但是不能提高酵母细胞的抗渗透能力,表明LEA3蛋白在高盐胁迫和高渗胁迫时起不同的作用。并且证明LEA3基因的表达同时可以提高大肠杆菌,酵母细胞和烟草的耐盐性,为"LEA蛋白可能以类似机制参与原核和真核生物耐盐保护作用"的假说提供实验证据。