拟南芥SCAMP家族基因的鉴定及AtSCAMP1基因的耐盐性功能分析

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植物在生长过程中会受到生物胁迫与非生物胁迫影响。盐碱胁迫是非生物胁迫的一种,不但制约着植物生长,同时也严重影响土地的利用。中国是人口大国,土地资源有限,粮食安全问题一直存在。中国有大量盐碱地,且受台风等影响导致沿海地区海水倒灌,盐碱地面积还在持续增加,严重影响了土地利用率。我国主要粮食作物都属于非盐生植物,植物在抵抗盐胁迫过程中Na+/H+逆向转运蛋白发挥了重要的作用。分泌载体膜蛋白(Secretory carrier membrane protein,SCAMP)是生物体内一种非常重要的膜蛋白,存在于许多真核生物中,是高度保守的蛋白质,定位于内膜和质膜中。已有很多研究证明了不论是在哺乳动物中还是在植物中Na+/H+逆向转运蛋白的功能受到分泌载体膜蛋白SCAMP的调控。推测SCAMPs蛋白与植物耐盐性相关,在这方面目前鲜有报道。本研究通过PCR克隆技术,分离得到拟南芥中5个AtSCAMP基因,对AtSCAMP蛋白家族进行了生物信息学分析,亚细胞定位,并对AtSCAMP1基因在植物耐盐性中的作用进行了探索,主要研究结果如下:1.通过对AtSCAMP基因及AtSCAMP蛋白家族进行生物信息学分析可知:AtSCAMP家族蛋白质编码的氨基酸残基数从264-297不等,分子量为31.9-33.2KDa,等电点(p I)6.60-9.18,属于不稳定的疏水蛋白。AtSCAMP蛋白结构中主要含有四种构象,由高到低分别是α-螺旋(Hh),无规则卷曲(Cc),直链延伸(Ee),β-折叠(Tt)。AtSCAMP蛋白均具有四个跨膜结构域,N端和C端均在细胞膜内,均不存在信号肽。在进化关系上AtSCAMP1与AtSCAMP2蛋白比较近,AtSCAMP3与AtSCAMP4蛋白在进化关系上较近,而AtSCAMP5蛋白与其他蛋白进化关系最远。AtSCAMP蛋白家族是高度保守的,其编码区长度差异不大,相似性高达72.79%,并且都具有相似的结构域,其中AtSCAMP1和AtSCAMP2都具有低复杂度区,AtSCAMP1-5都具有复合螺旋区。拟南芥的AtSCAMP蛋白家族主要位于细胞质膜上,其次是在内质网和胞质等膜系统中。拟南芥AtSCAMP家族基因组均含有11个内含子,说明其进化关系比较近。顺式作用元件分析结果显示在拟南芥AtSCAMP1-5基因中普遍存在典型的启动子CAAT-box和TATA-box。2.对拟南芥不同部位AtSCAMP基因的半定量结果显示,5个AtSCAMP基因在不同组织中均有表达,在根中表达量普遍较高,在茎中表达量普遍偏低。盐胁迫下AtSCAMP基因随着胁迫时间不同其表达量呈现出一定的趋势,在100 m M Na Cl处理下,5个AtSCAMP基因均在受到盐胁迫诱导后呈现上调表达。3.对拟南芥AtSCAMP1的亚细胞定位结果显示其主要分布在细胞质膜上。4.拟南芥atscamp1突变体的耐盐性分析结果显示:随着盐浓度的升高,atscamp1突变体生长状况明显变差,并且长势明显弱于野生型拟南芥;atscamp1突变体恢复株系在盐处理下与野生型拟南芥生长状况差异不大。在培养基及土中,拟南芥atscamp1基因突变体的发芽率都受到盐处理的影响,并且相同处理下发芽率低于野生型拟南芥;atscamp1突变体恢复株系在盐处理下与野生型拟南芥发芽率差异不大。本研究首次发现拟南芥AtSCAMP1基因在种子萌发阶段对盐胁迫敏感。
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