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干旱、盐碱等不良环境影响着植物的生长发育,影响作物的产量。随着获得大量的植物抗逆相关基因,对其表达蛋白的功能鉴定和结构域研究尤为重要。近年来,利用酵母菌与高等植物在耐盐胁迫应答反应的相似性,将植物基因转化酵母,使其在酵母异源体系中表达,再结合高盐、高渗透等胁迫的处理,进而研究植物抗逆相关蛋白的功能。这已成为一种研究植物抗逆相关蛋白功能的有效、快捷的手段。
BURP domain类蛋白与植物抵御病菌侵害、干旱、高盐、脱落酸信号等外界生物或非生物胁迫有关。大豆SALI3-2蛋白为铝诱导的BURP domain蛋白,全长276个氨基酸,其N-端20个氨基酸为一信号肽,中间53个氨基酸为保守片段,C-端200个氨基酸含BURP保守区。
本实验以大豆Sali3-2基因为材料,构建了分别插入可编码SALI3-2蛋白及不同缺失多肽cDNA的酵母表达载体:pYES2/S(表达全长SALI3-2蛋白)、pYES2/SI(缺失信号肽的SALI3-2蛋白)、pYES2/SII(BURP domain多肽)、pYES2/SIII(缺失BURPdomain的SALI3-2蛋白)、pYES2/SIV(信号肽序列)、pYES2/SV(缺失中间保守片段的SALI3-2蛋白)。DNA测序证明所有插入cDNA片段编码的多肽序列是正确的。这六个表达载体用于SALI3-2蛋白的功能鉴定和结构域研究。利用电转化法将对照空载体pYES2/ct和重组载体转入酿酒酵母INVSC1,经营养缺陷型培养基筛选和菌落PCR鉴定获得相应的转化子INV/CK(对照菌), INV/S, INV/SI,INV/SII,INV/SIR,INV/SIV和INV/SV。
为了用免疫印迹方法证明重组蛋白的表达,构建了含6个组氨酸标签的SALI3-2融合蛋白表达载体pYES2/SH,转化酵母后获得INV/SH。Western blot实验结果表明,含6个组氨酸的SALI3-2融合蛋白在酵母INVSC1中可被半乳糖诱导表达。
在无胁迫的YPGal培养基、含1.5mol/L NaCl培养基及含2.2 M山梨醇培养基中分别培养对照菌INV/CK、重组菌INV/S、INV/SI、INV/SU、INV/SIII和INV/SV,测定各种菌的生长曲线。结果表明,无胁迫条件下,各转基因酵母和对照菌的生长情况非常相似,表明大豆SALI3-2蛋白及其缺失多肽的表达对酵母在无胁迫条件下的生长没有影响。
在含有1.5M NaCl的盐胁迫培养基中,各种转化菌的生长比无胁迫条件下菌的生长明显缓慢。不同的酵母重组子生长速度有明显差异,INV/S和INV/SV长势最好,INV/SI和INV/SII次之, INV/SIII和转空载体的INV/CK生长最慢。可见,大豆SALI3-2蛋白(S)和其部分缺失片断(SI、SII和SV)的表达,不同程度地提高了重组酵母对高NaCl胁迫的耐受性,其中SALI3-2全长蛋白和SV最为有效,含BURP domain的SI、SII次之。由此推测:BURP domain是大豆SALI3-2蛋白的耐盐功能关键结构域,SALI3-2蛋白中间保守肽段对于提高酵母的耐盐能力没有明显影响,信号肽的存在可提高BURPdomain的耐盐功能,信号肽对耐盐功能片断的分选引导作用及SALI3-2蛋白的细胞学定位对发挥该蛋白的耐盐功能起重要作用。
与上述1.5M NaCl盐胁迫结果不同,INV/S,INV/SI酵母在含2.2mol/L山梨糖培养基中的生长情况和转入空载体的对照菌的相似,表明大豆SALI3-2蛋白及其缺失多肽的表达不能提高酵母重组子的耐渗透能力。
蛋白质的功能与其细胞内定位密切相关。为了解大豆SALI3-2蛋白在细胞内的分布情况,本实验构建了SALI3-2-GFP融合蛋白的植物表达载体pCAMBIA1302-S-GFP(Sali3-2基因的测序结果正确),农杆菌介导法转化洋葱内表皮细胞,在荧光显微镜下可观察到绿色荧光发生,表明SALI3-2-GFP融合蛋白可在洋葱内表皮细胞中表达。这为下一步利用激光共聚焦显微镜技术研究SALI3-2蛋白的细胞定位奠定了基础。