盐藻丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因DsSTPK的克隆和表达分析

来源 :大连海洋大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:sunjiajun75
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盐藻(Dunaliella salina)是一种低等单细胞真核生物,属于绿藻门、真绿藻纲、团藻目、盐藻科、盐藻属,是已知最为耐盐的真核生物之一,是研究植物高盐适应的模式生物。多年以来许多学者从盐藻适应高盐环境的渗透调节、耐盐相关基因的克隆及盐藻质膜、胞浆蛋白质组等方面进行了研究,取得了一定的进展。但到目前为止对其耐盐的分子机制和信号转导途径仍不清楚。蛋白磷酸化是调节细胞对各种外界信号应答的重要调节机制。蛋白激酶通过对底物蛋白的磷酸化参与细胞信号转导,是细胞信号转导过程中起重要作用的信号分子。由特定的蛋白激酶催化的特定蛋白磷酸化调控着细胞的基本进程,如细胞周期调控、细胞的生长发育、分裂分化调控、基因表达调控等。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine-threonine protein kinase,STPK)是最重要的一类蛋白激酶,通过催化多种功能蛋白(如酶、受体、运输蛋白、调节蛋白、核内蛋白等)的磷酸化,从而调节细胞多种生命活动过程。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的研究对于阐明耐盐的分子机制具有重要科学意义。因此,本研究克隆了盐藻丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,并对其进行了生物信息学分析和表达的研究。主要的实验方法和结论如下:1.通过RT-PCR和RACE技术成功地克隆了盐藻一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因(GenBankAccession No.JN625213),命名为DsSTPK。DsSTPK基因的cDNA全长为3129bp,其中5′UTR为242bp,3′UTR为703bp,开放阅读框为2184bp,编码727个氨基酸。2.生物信息学分析表明:该蛋白为不具有跨膜结构和信号肽的亲水性蛋白,定位于细胞质基质;DsSTPK存在两个保守区域(167-175位一个蛋白激酶的ATP结合区、293-305位一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性区),并且存在多个潜在的磷酸化位点;二级结构的主要元件为无规卷曲和α-螺旋,催化区在三维结构上形成一个活性空腔;氨基酸序列同衣藻丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(XP001701465.1)有最高的相似性(65%),进化分析表明,DsSTPK与衣藻和团藻的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶亲缘关系最近;活性分析显示,DsSTPK与激活物磷脂酰丝氨酸(PS)、二酰甘油(DAG)、佛波酯(TPA)的结合能较低,结合较稳定,并且催化组蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化。3.利用实时荧光定量PCR法检测了其在高盐(3M)胁迫下表达量的变化情况,结果表明:盐藻在高盐(3M)胁迫下DsSTPK的表达量明显升高,且胁迫12h时表达量达到最高,为在正常生长状况下(1.5M)盐藻中表达量的2.3倍,差异达到显著水平(P<0.05)。随着胁迫时间的延长DsSTPK的表达量逐渐降低,并恢复到正常水平。4.利用DNA重组技术将DsSTPK的开放阅读框与质粒pET32a(+)相连,构建成原核表达载体pET32a(+)-DsSTPK,再将原核表达载体导入E. coli. BL21(DE3)中,通过IPTG诱导表达,融合蛋白在上清和包涵体中均存在,将上清蛋白纯化后获得了纯度较高的可溶性融合蛋白,Western blot显示该融合蛋白能被抗His单克隆抗体特异性识别。本文的研究结果,不仅为研究盐藻耐盐的分子机制提供了新的信息,而且为下一步在蛋白水平上研究DsSTPK在盐藻耐盐机制中的作用奠定了基础。
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