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谷胱甘肽转移酶(Glutathione S-transferases)是一类在生物体中广泛存在的的蛋白质超家族。它在生物体内具有解毒抗逆,响应胁迫,信号传导等重要功能。之前对于植物GST基因家族的研究主要集中在苔藓植物(如小立碗藓)、裸子植物(如油松)和被子植物(如杨树),缺乏对蕨类植物的研究。本研究以江南卷柏为对象,利用序列搜索、系统发生分析、分子克隆、蛋白表达纯化和酶活测定等方法,对江南卷柏GST基因家族进行了分子进化、基因表达、蛋白功能分析,获得如下结果：1.在江南卷柏基因组中一共鉴定得到了65个GST基因,分属于10个不同的亚家族：Tau、Phi、DHAR、Theta、Zeta、Lambda、EF1Bγ、Ure2p、TCHQD、Hemerythrin和Iota。通过保守结构域预测,这65个基因都具有典型的GST结构域。2.Tau类GST是江南卷柏中成员最多的亚家族,在所有陆地植物中,只有最低等的苔藓植物小立碗藓没有Tau类GST的存在,其他四种具有维管结构植物都存在拷贝数最多的Tau类GST,这表明Tau类GST可能起源于维管植物。通过染色体定位,我们发现Tau类GST是以串联重复的方式在江南卷柏基因组中快速扩张的。对于Phi类GST,在其他陆地植物中都有八个以上成员,而在江南卷柏中只有两个,此外,两个Phi类GSTs在不同pH和温度条件下进行活性分析发现,它们在pH 6.0-9.5,以及30-65℃范围内均具有较高的催化活性,表明这两个蛋白能在比较宽的环境变化条件下发挥功能,预示着这两Phi类GST基因可能对江南卷柏适应复杂的陆地环境具有重要作用。3.组织特异性表达模式分析发现,有41个基因在根、茎和叶三个组织中都有表达,有20个基因在三个组织中部分表达,有四个基因(SmGSTU14、SmGSTU22、 SmGSTU47、SmGSTT1)在三个组织中都不表达,表明江南卷柏GST基因家族的表达模式发生了分化。4.对重组蛋白进行诱导表达并进行酶活测定发现,12个重组GST蛋白对CDNB都有催化活性,而对DHA没有检测到催化活性,并且不同的蛋白有不同的底物谱,同一亚家族内部,不同亚家族之间对底物的催化活性相差很大,说明江南卷柏GST基因家族成员之间存在着明显的功能分化。综合基因序列、基因结构、系统发育、组织特异性表达模式、蛋白质生化功能的分析,本文发现江南卷柏GST基因家族在基因序列、基因结构、组织特异性表达模式、蛋白质生化功能等不同层次上存在着功能分化。通过系统分析和染色体定位,本文揭示了GST基因家族在陆地植物中的复杂进化模式。