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本研究室从极细链格孢菌(Alternariatenuissima)JH505中分离纯化获得一种能诱导植物产生系统抗性、促进植物生长的激活蛋白PeaT1,其表观分子量约为35KD;克隆了编码该蛋白的基因peaT1(登录号CH445335)并在大肠杆菌中获得了表达,确定了表达蛋白具有促进小麦生长和诱导烟草抗TMV的功能。本研究在此基础上,将peaT1基因转入巴斯德毕赤酵母中,建立PeaT1蛋白的毕赤酵母分泌表达系统,为进一步探索利用基因工程手段进行大规模生产激活蛋白奠定了基础。同时为了探讨激活蛋白PeaT1诱导植物系统抗性、促进植物生长的作用机理,本文利用噬菌体展示技术和酵母双杂交技术研究了PeaT1的结合短肽和互作蛋白。主要研究结果如下:
1、构建了PeaT1蛋白的毕赤酵母表达体系,获得了具有生物性的分泌表达蛋白。亚克隆构建了重组表达载体pPIC9K-peaT1,酶切线性化后电击转入毕赤酵母GS115菌株中,经MD平板筛选和PCR鉴定得到整合有外源基因的重组菌株。SDS-PAGE检测表明,表达蛋白的表观分子量约为35kD,与预期的结果一致。通过胶内酶切与LC-MS技术对重组蛋白进行了鉴定,表明PeaT1蛋白在毕赤酵母中获得了正确表达。重组酵母菌株具有良好的遗传稳定性。HPLC分析显示,培养上清/L经超滤浓缩和离子交换层析后可纯化目的蛋白16.13mg,蛋白纯度达96%;生物测定结果表明,该纯化蛋白可显著地促进小麦幼苗的生长。
2、以PeaT1蛋白为固相筛选分子,对噬菌体十五肽库进行了亲和筛选,获得了与PeaT1蛋白特异结合的短肽。经过三轮的生物淘洗,通过每轮逐渐增加洗脱次数,特异性噬菌体克隆得到了有效富集。经单克隆ELISA鉴定和DNA序列分析获得了9个与PeaT1蛋白特异结合的多肽。在NCBI上提交拟南芥的蛋白质数据库,获得了6个包含上述9个多肽之一的蛋白。
3、利用酵母双杂交技术筛选拟南芥cDNA文库,获得PeaT1蛋白的互作蛋白。采用SMART技术,通过RT-PCR和LD-PCR合成了拟南芥的dscDNA,与线性化的pGADT7-Rec在酵母体内修复酶的作用下同源重组形成完整的AD文库。以PeaT1为诱饵蛋白,共转化酵母细胞,筛选到5个能使报告基因ADE2和HIS3同时转录表达的转化子。α-半乳糖苷酶活性分析表明,它们也都能使第三个报告基因MEL1得以表达,说明它们在酵母体内确实能够与PeaT1诱饵蛋白发生相互作用。序列分析结果显示,5个阳性转化子中的4个序列是一致的,最后得到了2个与PeaT1互作的蛋白,分别命名为PIP-1和PIP-2。
4、PIP-1是拟南芥中的ATLFNR1(NADPH脱氢酶),参与体内电子运输。PIP-2是含有初生多肽复合酶结构域的蛋白,其与烟草NbBTF3(β-NAC)蛋白的相似性为80.6%,也可能对叶绿体和线粒体的发育及生理产生影响,进而对植物的生长产生影响,其功能还有待于进一步验证。