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根据本实验室聚类的unigenes数据库,筛选出大豆中的受体类激酶基因,初步解析了大豆受体类激酶家族的特征。同时,通过筛选与逆境应答有关的受体类激酶,克隆了2个应答非生物胁迫的基因,并对它们的生化特性及功能进行了研究。主要结果如下:
1.大豆受体类激酶的特征分析
以10条已报道的大豆受体类激酶的激酶结构域序列分别检索本实验室约5.6万unigenes数据库以及TIGR大豆TC数据库,综合两次检索的结果,得到650个非冗余的大豆受体类激酶的候选基因。通过系统分析,去除RAF和蛋白激酶的序列,确认了605个大豆受体类激酶基因。依照其各自激酶结构域的系统进化关系,可分为15个家族。最大的基因家族是LRR类,有257个成员。RLCK家族发现130个成员。属于S-domain家族的有56个。其它12个家族中受体类激酶的数目不等。参照拟南芥和水稻中75个亚家族的分类,15个家族细分为58个亚家族。大豆中存在水稻中特有的DUF26-Ia,RLCK-Os4,SD-1c和SD-2a亚家族,也存在拟南芥中才有的亚家族SD-1b和DUF26-Ⅰb。在LRR-Ⅴ,LRR-Ⅵ,LRR-Ⅷ-1,LysM和WAK亚家族中,通过系统进化分析,大豆,拟南芥和水稻的受体类激酶序列形成了同一进化分支。在LRK10L-2亚家族中,三个物种的序列形成彼此独立的进化分支。这一结果反映出,不同亚家族的序列进化模式是不同的。
2.大豆受体类激酶GmSIK1和GmSIK2的克隆和功能鉴定
在本实验室大豆unigene数据库检索到的受体类激酶基因的基础上,通过RT-PCR方法,检测了其中338个基因在ABA、高盐和冷胁迫下的转录水平。筛选20个基因分别在ABA、低温和高盐处理中有表达差异。选取在ABA、SA、干旱、高盐和冷胁迫下都呈现出表达差异的GmSIK1和GmSIK2基因作进一步研究。
用RACE方法克隆了GmSIK1和GmSIK2的全长cDNA。GmSIK1和GmSIK2激酶结构域在Mn2+和Mg2+条件下具有自身磷酸化活性,而Ca2+存在时没有激酶活性。它们都可以磷酸化MBP蛋白。GmSIK1和GmSIK2基因过量表达的百脉根植株在正常条件下与野生型表型无明显差异,在盐或旱胁迫下,其耐盐/旱性明显高于对照,转基因植株中脯氨酸含量高于对照。盐胁迫下,相对电导率和丙二醛的累积均比对照低,说明胁迫下转基因植株细胞受到的伤害小于对照。下游基因的初步分析表明,GmSIK1基因调控了P5CS基因的表达。
应用Tail-PCR的方法克隆了GmSIK1和GmSIK2基因在大豆中的启动子序列。在转拟南芥分析中,GmSIK1启动子主要在叶肉细胞中表达,包括气孔和腺毛。在幼苗的根中表达较弱。并且启动子受盐诱导。GmSIK2启动子主要在维管组织中表达,在花瓣、花萼、夹、柱头等器官也有表达。从转基因百脉根的结果看,GmSIK2启动子也在维管组织中表达,这与拟南芥的结果是一致的。