杜仲小橡胶颗粒蛋白EuSRPP3基因对杜仲胶分子大小影响研究

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杜仲(Eucommia ulmoides Oliver)的叶片、茎皮、果壳中含有一种白色丝状物质——杜仲胶。近年来以杜仲胶为原料开发出的产品、产业覆盖面非常广。杜仲胶生物的合成主要通过小橡胶颗粒蛋白(Small Rubber Particle Protein SRPP)、橡胶延伸因子(Rubber Elongation Factor,REF)与橡胶转移酶(rubber transferase,RT)等蛋白相互作用,形成蛋白复合体催化橡胶生物合成。小橡胶颗粒蛋白是一类紧密结合在橡胶颗粒膜上的蛋白,也是橡胶颗粒中最丰富的蛋白,它与橡胶延伸因子蛋白高度同源;SRPP在橡胶生物合成速率和胶乳产量方面起着非常重要的作用。然而,SRPP对橡胶分子量的影响尚不清楚。因此,研究SRPP对橡胶分子量的影响可为橡胶生物合成及其调控的分子机制提供理论基础。本研究利用c DNA末端快速克隆(RACE)技术克隆得到一个杜仲SRPP蛋白编码基因EuSRPP3,从基因功能预测、亚细胞定位以及时空表达等方面对EuSRPP3进行鉴定和分析。同时构建EuSRPP3植物表达载体并遗传转化杜仲,提取杜仲胶进行分子量测定,分析EuSRPP3对杜仲胶分子量的影响。本研究取得以下结果:1、EuSRPP3基因克隆及生物信息学分析以杜仲为材料,提取RNA并反转录成c DNA,以此为模板利用RACE技术克隆得到一个全长为1206bp的基因序列,该序列包含开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)为726bp、5’UTR为200bp、3’UTR为280bp,共编码241个氨基酸。对该基因进行BLAST比对及保守结构域分析发现该基因与巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)的SRPP蛋白、橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)的SRPP6蛋白的相似性较高,保守结构域分析结果显示该基因属于SRPP/REF家族,符合SRPP/REF的基本特征并将其命名为EuSRPP3。进一步对EuSRPP3蛋白结构进行预测,结果显示EuSRPP3蛋白分子量为26.89k D,理论等电点为9.46,属于碱性蛋白;蛋白信号肽及跨膜预测结果显示EuSRPP3无信号肽,在第21-40个氨基酸以及第135-157个之间氨基酸存在跨膜域;二级结构分析显示EuSRPP3蛋白由α螺旋、β-折叠和随机卷曲组成,其中α螺旋的比例最高(70.12%),其次是β-折叠的比例(6.22%)和随机卷曲的比例(17.84%)。2、EuSRPP3亚细胞定位及时空表达模式通过农杆菌介导的烟草叶片瞬时表达分析EuSRPP3蛋白在细胞中的分布情况,构建了EuSRPP3-GFP融合蛋白的重组载体p BWA(V)HS-EuSRPP3-GLosgfp。将重组载体p BWA(V)HS-EuSRPP3-GLosgfp注射烟草叶片48h后利用激光共聚焦显微镜观察到EuSRPP3蛋白定位于细胞膜上。为解析EuSRPP3的时空表达特征,本研究以杜仲Actin为内参基因,通过Real Time-PCR技术对杜仲花期的叶、茎中EuSRPP3基因相对表达量进行分析,结果表明EuSRPP3基因在杜仲花期的叶片和茎中,6月的EuSRPP3表达量显著高于4月,这与杜仲花期叶片、茎中的橡胶含量变化一致。3、构建EuSRPP3植物表达载体及遗传转化杜仲以p CAMBIA1300-35S-GUS为初载体,构建了以35S为启动子的EuSRPP3表达元件、Hyg:GUS为筛选标记基因的植物表达载体p CAMBIA1300-35S-EuSR PP3。以杜仲下胚轴为外植体,利用农杆菌介导p CAMBIA1300-35S-EuSRPP3遗传转化杜仲。采用MS培养基作为杜仲种子萌发培养基、Gamborg B5为筛选培养基、WPM为生根培养基,无菌苗经过悬浮、重悬、浸染、筛选、生根等步骤获得转基因愈伤组织。4、杜仲胶分子量测定以转基因杜仲愈伤组织为材料,利用索氏提取器、以石油醚为抽提溶剂提取16后获得杜仲胶,杜仲胶呈分散的细丝状,体积较小,色泽呈黄色。利用分子排阻色谱测定杜仲胶分子量,结果显示野生型杜仲胶重均分子量为144799,转pCAMBIA1300-35S-GUS空载的杜仲胶重均分子量为162398。过表达EuSRPP3基因的杜仲胶重均分子量最大,为645147,是野生型的4.4倍。过表达EuSRPP3后结果显示杜仲胶分子量增大,说明EuSRPP3的表达与橡胶分子量大小有显著关系。
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