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来源于根瘤菌和宿主植物的众多信号分子控制着植物为根瘤发育所必须的基因。为识别这些基因,比较了紫花苜蓿根瘤和根的cDNA扩增片段长度多态性(cDNA-amplified fragment length polymorphism,cDNA-AFLP)。3000余个cDNA片段(Transcript-derived-fragment,TDF)中61个被证实在根瘤中增强或特异表达。其中31个片段与其它物种已知功能基因享有很高同源性。推测这些片段对应的基因可能在紫花苜蓿根瘤发育的信号转导、基因表达调节、物质运输方面有着重要作用。
本研究克隆了TDF RX74对应的编码植物热激转录因子(heat shock transcription factor,HSF)的基因MsHSF1。该基因由exon1-intron1-exon2-intron2-exon3-intron3-exon4构成。在转录水平上,选择性剪接产生至少六个异构转录产物(MsHSF1a-1到1a-5和MsHSF1b)。MsHSF1b由外显子1和4组成,编码植物A1类HSF蛋白,intron1-exon2-intron2-exon3-intron3插入到编码DNA-binding domain(DBD)区域的保守位点处,然而目前已知的植物HSF基因在该处只有一个长度不一的内含子。在体外MSHSF1b主要以三聚体形式特异地与热激元件结合。MsHSF1a-1到1a-5由外显子1和4及intron1-exon2-intron2-exon3-intron3序列中的部分组成。这部分序列的插入导致这些剪接产物都至少含有一个提前终止子,它们在各组织中的丰度都极低。显然,它们是无意义介导mRNA降解的目标。另一转录物MsHSF1c则含有一段177 bp串联重复,其余序列与MsHSF1b完全一致,它在根瘤中特异表达。在紫花苜蓿中至少存在五个等位基因(MsHSF1b,MsHSF1b-1到1b-4),它们之间只是个别碱基不同,本研究推测MsHSF1b-3和MsHSF1b是通过反式拼接产生MsHSF1c。这些结果说明MsHSF1在转录水平上很可能是通过选择性拼接偶联无意义RNA降解来调节自身的表达,并通过等位基因间的反式拼接来实现根瘤发育或维持根瘤功能的组织特异性功能,以及通过多个差异表达的等位基因在根瘤发育或维持根瘤功能上扮演多重角色。
本研究还克隆了TDF RX89对应的基因MsHSP70-1。该基因编码植物热激蛋白70,正常条件下主要在根瘤中特别是早期根瘤中强烈表达。但在BacA-表型的瘤中不表达。说明该基因在根瘤中的表达要求根瘤菌bacA基因的参与。该基因在根瘤发育过程中可能扮演着重要角色。