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作为生物体四大有机分子之一,糖的代谢是整个生物代谢的中心。它既是植物的生长发育过程中重要的结构组分,又是一种细胞间用于通讯的信号分子。糖类的代谢主要包括合成、修饰、分解等过程,参与这些过程的酶根据功能不同各司其职。如糖类的合成需要糖基转移酶(glycosyltransferases);糖类的修饰需要糖脂酶(carbohydrateesterases);分解则需要糖苷水解酶和多糖裂解酶(glycosidehydrolasesandpolysaccharidelyases)等。
糖苷水解酶(glycosidehydrolase,GH)亦称为糖苷酶,是作用于各种糖苷或寡糖使糖苷键水解的酶类总称。根据氨基酸序列,可以将糖苷水解酶划分为130个家族(GHs),但是至今仍有很多基因没有被分到任何一个家族中。拟南芥基因组中已鉴定出401个糖苷水解酶基因,分别属于35个不同家族。糖苷水解酶作为糖类代谢的关键组分,其生物学功能得到了广泛的研究。
本文利用反向遗传学,借助遗传转化和RT-PCR等生化和分子生物学手段,研究了拟南芥中两个新的类糖苷酶基因AtGHL1和AtGHL2的生物学功能。研究发现:
1.通过生物信息学分析,AtGHL1和AtGHL2两个基因的核苷酸及氨基酸序列同源性达90％以上,其编码蛋白均有糖苷酶特有的DuF1680复合结构域和类6-发卡糖苷酶,但这两个基因没有被归属到目前分类的任何糖苷酶家族中,为两个新型的类糖苷水解酶。
2.通过PCR鉴定及RT-PCR检测,分别获得了AtGHL1和AtGHL2的基因缺失突变体ghl1和ghl2;通过RNAi载体的构建及遗传转化,获得两个基因表达均下调的转基因植株ghli。表型检测发现,各突变体均存在雄蕊缺失的现象,表明AtGHL基因可能参与了雄蕊发育的过程。
3.根据拟南芥遗传转化株中报告基因GUS和YFP的表达,发现这两个基因主要在幼苗、莲座叶及花等器官的输导组织中表达。亚细胞定位结果显示,AtGHL定位于细胞壁。
4.通过糖饥饿胁迫及RT-PCR检测,发现AtGHL基因转录受糖饥饿的诱导。在不含蔗糖的MS培养基中,突变体ghl1和ghli幼苗生长受到严重影响,存活率仅为20%。