2024年5月18日发(作者:程筠)
热带作物学报2012,33(6):1077—1083
Chinese Journal of Tropical Crops
重瓣茶花‘红十八学士’MADS—box家族
B—function基因序列分析与原核表达
朱高浦 t一,李纪元 ,范正琪 ,倪 穗。,李辛雷 ,周兴文 ,孙迎坤
1中国林业科学研究院亚热带林业研究所.浙江富阳 311400
2中国林业科学研究院经济林研究开发中心.河南郑州450003
3宁波大学海洋学院.浙江宁波315211
摘要对山茶重瓣花‘红十八学士’(Camellia japonica‘Hong Shibaxueshi’)中的4个B类功能基因构建了系
统进化树,预测了其蛋白结构,并构建了相应的原核表达载体。生物信息学分析结果表明:4个基因分属3个
亚家族,其中CjHGLO1和qHGL02属PI亚家族,CjHTM6属TM6一like亚家族,CjHDEF属AP3亚家族;4个
基因的编码蛋白均为不稳定蛋白,均无信号肽存在;其蛋白二、三级结构均以0【一螺旋为主,其次是无规则卷曲,
然后以延伸链三种构象形式存在;分析的特定位点中磷酸化位点数量最多,尤其是蛋白激酶C磷酸化位点最多。
原核表达实验结果显示:当IPTG浓度在0.2mmo]]L、30℃、经1 h诱导CjHGLO1蛋白可获表达:当IPTG浓度在
0.1 mmol/L、30 oC、诱导1.5 h cjHGL02蛋白可获表达;当IPTG浓度在0.5 mmol/L、16℃、过夜(>16 h)诱导
cjHDEF蛋白可获表达;当IPTG浓度在O.3 mmol/L、20℃、诱导5 h CjHTM6蛋白可获表达。这些研究为山茶
B—function基因的更深人研究奠定了基础
关键词 重瓣;山茶花;B—function基因;生物信息学分析;原核表达
中图分类号078 文献标识码A
Sequence Analysis and Recombinant Protein Expression of
B-function MADS・--box Gene Involved in Double Flower
Formation in Camellia japonica‘Hong Shibaxueshi’
ZHU Gaopu ,LI Jiyuan ,FAN Zhengqi ,NI Sui ,
・
LI Xinlei ,ZHOU Xingwen ,SUN Yingkun
1 Research Institute of Subtropical Forestry,Chinese Academy of Forestry,Fuyang,Zhejiang 311400,China
2 Non—timber Forestyr Research and Developmerit Center,Chinese Academy of Forestry,Zhengzhou,Henan 450003,China
3 Life Science and Biotechnology,mi ̄#o University,M Zhejiang 315211,China
Abstract To explore the role of B—function gene in double flower formation in Camellia faponica.tlle sequences
were analyzed and the recombinant proteins were induced in Escherichia col BL21 based on the four members of
B—function genes previously cloned from e japonica‘Hong Shibaxueshi’.11le results of bioinformatics exhibited
that all the four proteins belonged to three sub-families,and they were unstable proteins。and no signal peptides
were found.The space structures were mainly alpha—helix.followed by random coil and few extend strand.The
most proteins special sites were phosphorylation,and protein kinase phosphorylation.The result of prokaryotic
expression showed that CjHGL01 protein was induced when the I G concentration was 0.2 mmol/L.temperature
was 30 ,and induce time was one hour.and CjHGL02 protein was induced when the IPTG concentration was 0.1 mmo1/L.
temperaturewas16℃,inducetimewas1.5h.andCjHDEFproteinWasinducedwhentheI GconcentrationWas0.5mmo]]L.
temperature was 16 oC,and induce time was>16 h.and 日 protein was induced when the IP1IG concentration was
O.3 mmol/L,temperature was 20℃,and induce time was 5 h.These results were the basis for the deep research of
gene function in C japonica..
Key words Double flowers;Camellia japonica;B-function gene;Sequence analysis;Prokaryotic expression
doi 10.3969 ̄.issn.1000—2561.2012.06.021
收稿日期
2012—03—27 修回日期:2012—06—02
基金项目
科技部国际合作项目(No.2011DFA30490);“十二五’’国家科技支撑计划课题(N0
.
2012BAD01B0703):中央级公益性科研院所基本
科研业务费专项资金(NO.RISF6141)。
作者简介
朱高浦(1981年一),男,博士,助理研究员。研究方向:经济林栽培育种研究。}通讯作者:李纪元
,
E-mail:Jiyuan_1i@126-c0m。
一
l078一 热带作物学报 第33卷
MADS—box基因是广泛存在于生物中一类基因
功能鉴定奠定了基础.也希望为将来山茶重瓣花的
分子设计育种提供参考。
的统称,因其具有共同的保守区域而归为一类 它
的命名是由最初从酵母中发现的MCM!基因、拟南
芥中的AGAMOUS基因、金鱼草中的DEFICIENS
基因和人的 4个基因的首字母拼写而成f1]
1材料与方法
1.1材料
MADS—box基因在被子植物花进化和多样性等花器
官发育方面起着关键作用[2-3] 关于花器官发育的
理论中,“ABC模型”理论受到广泛认可.该模型
‘红十八学士’是我国传统茶花栽培品种.适应
性强,分布在我国热带、亚热带地区。花径约8 cm,
花瓣110~130片,完全重瓣花,成六角塔形花冠,
认为:A、B、C等3类同源异型基因单独或组合 花瓣鲜红。花期12月到次年4月。 ‘红十八学士’
调控4轮花器官的发育 其中A—functi0n基因单独
调控萼片的发育:A一和B—functi0n基因共同调控
花瓣的发育:B一和C—function基因共同控制雄蕊
的发育:C—function基因单独控制心皮的发育 A一
和C—function基因互相拮抗 尽管花器官发育模
型理论被不断发展和完善,但A、B、C等3类基
因在植物中仍然被认为是最保守的.受到广泛关注
和研究[61
对重瓣花器官发育的分子机理研究.大多集中
在C—function基因突变导致下游和其相互作用的因
子方面 ”,此外对B—functi0n[12—14]和B一、C—
function基因互作也有一些研究[15—163 考虑到完全重
瓣山茶的花瓣多达上百片.而B类功能基因是同
时参与了真核植物花瓣和雄蕊发育从而影响到花器
官第二轮和第三轮结构确定性的关键因子.暗示了
B—function基因在山茶重瓣花形成中起到关键作用
或是与其它功能基因共同起作用 在山茶花中存在
非常普遍的萼片瓣化现象.暗示B—functi0n基因可
能拓展表达域促使山茶重瓣花的形成 现有研究
结果表明.山茶中B—functi0n基因可分为3个亚家
族,即PI( GLO1和cjGL02)、AP3(CjDEF)和
TM6一like(cjTM6)[3; 很显然.山茶中这些重瓣花
的形成是与C功能基因缺失等造成的重瓣花起源
方式不同,可能涉及了雌雄蕊起源、苞(萼)片起源
等方式。
茶花是我国传统十大名花.我国是茶花的故
乡.但对茶花的开发利用以及新品种培育等方面起
步较晚,即使在茶花产业化最好的云南、浙江等
地.市场流行品种也以外来茶花品种为多 随着世
人对茶花文化的了解和审美价值回归.对中国传统
茶花的热情正悄然升温 本研究在前期从传统的完
全重瓣型茶花品种‘红十八学士’中分离到B—
function基因家族4个成员cDNA全长的基础上.
进行了生物信息学分析并构建了原核表达载体.通
过优化最佳诱导表达条件.最后将相应的蛋白诱导
出来.这为以后山茶B—functi0n基因所编码蛋白的
B—function基因4个成员CjHGLO1 fGenBank登录
号:HQ141341.1)、CjHGL02(GenBank登录号:
HQ141342.1)、CjHDEF(GenBank登录号:HM773—
024.1)、CjHTM6(GenBank登录号:HM748646.1)
的cDNA全长由本实验室从花芽中克隆获得 E.coli
BL21大肠杆菌、原核表达载体pGEX一4T一1载体为
本实验室保存,pMD一18载体购自TaKaRa(沈阳)
公司。
1.2试剂
高保真酶、限制性内切酶 I和 I购自
TaKaRa(沈阳)公司,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、
Tris、SDS.、TEMED、IPTG、考马斯亮蓝R一250等
均为分析纯试剂
1.3方法
1.3.1 生物信息学分析 利用DNAMAN 6.0软件
与GenBank中已登录的B—function基因家族成员的
氨基酸序列进行同源性比较.按照最大似然法
(Maximum Likelihood)构建系统发育树 利用瑞士
生物信息学研究所(Http://cn.expasy.org)提供的
ProtParam软件,在线分析氨基酸残基数目、组成、
蛋白质相对分子量、理论等电点等参数:利用
ProtSeale、HNN软件在线分析仪一螺旋(Alpha—
helix)、B一转角(Beta turn)、无规卷曲(Random
coil)、延伸链(Extend strand)。利用SignalP进行信
号肽分析(http://www.chs.dtu.dk/services,signalP/);
米用SWISS-MODEL(http://www.expasy.org/swissmod)
同源建模(homology modeling)NNIJ该基因编码蛋白
质的三维结构。利用PROSCAN(http://npsa—pbil.
ibcp.fr)预测编码蛋白质的特定位点
1.3.2原核表达分析 根据已获得的CjHGLO1、
CjHGL02、 CjHDEF、 CjHTM6的cDNA全长序
列,设计引物(表1),扩增4个基因的开放阅读框
(ORF),经TA克隆连接到pMD一18载体上,根据
原核表达载体DGEX一4T一1多克隆位点选择合适的
内切酶(Kpn I和 I),将4个基因从pMD一18
载体上双酶切后连接到pGEX一4T一1载体上 将重
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—b0x家族B—function基因序列分析与原核表达
组DGEX一4T一1质粒转化到大肠杆菌E coli DH5(x
感受态细胞中.利用菌液PCR和质粒酶切鉴定阳
性质粒。
一1079-
蛋白质诱导表达条件。将诱导出的含‘红十八学
士’B—functi0n基因家族MADS—b0x蛋白的菌液离
心收集菌体.加入SDS—PAGE上样缓冲液煮沸
5 min裂解细胞。12 000 r/min、室温离心5 min,
取上清进行SDS—PAGE电泳分离蛋白.再用考马
挑取阳性克隆接种于LB液体培养基.180 r/min
恒温振荡培养.送上海生工生物公司测序确保片
段正确插入。按照正交实验设计(表2)分别从
IPTG浓度、诱导时间、诱导温度三个方面优化
斯亮蓝R一250染色、固定液固定和脱色液脱色后
拍照、分析
表1 红十八学士’B—function基因ORF全长特异扩增引物
表2重组蛋白诱导表达条件的正交设计
因素 因素
IPTG浓度/mM
1
2
3
4
5
诱导时间/lI
0.5
1.0
3
5
>6
诱导温度,℃
37
30
25
2O
16
IPTG浓度/mm0I/L
14
15
16
17
l8
诱导时间/h
5
>6
0.5
1.O
3
诱导温度/oc
20
16
37
30
25
O.1
O.1
O.1
0.1
0.1
0.3
0.3
0.4
0-4
O.4
6
7
O_2
0_2
O.5
1.O
37
30
19
20
0.4
O.4
5
>6
20
16
8
9
10
0_2
0.2
0.2
3
5
>6
25
2O
16
21
22
23
O.5
O.5
0.5
0.5
1.0
3
37
3O
25
11
12
13
0_3
0.3
O-3
O.5
1.0
3
37
30
25
24
25
0.5
0.5
5
>6
20
16
2结果与分析
2.1 ‘红十八学士’B—function基因序列的生物
信息学分析
2.1.2‘红十八学士’B—function基因预测编码蛋白
的一级结构分析 对‘红十八学士’中分离的B—
function基因预测编码的蛋白质一级结构进行了分
2.1.1 ‘红十八学士’B—function基因序列在系统
进化中的位置 ‘红十八学士’B—function基因与
其它植物的氨基酸序列的系统进化树见图1.由图
1可以看出,从4个基因在系统发育树中的位置,
析(表3),结果表明:分子量cjHDEF蛋白最大。
达26.O9,而cjHTM6最小,为24-31;理论等电点
cjHTM6最高,为9.53,CjHGLO1最低,为6.77:
cjHGLO1的酸性氨基酸残基最多.为34个.碱性
氨基酸残基则最少,为33个。而CjHTM6酸性氨
清晰表明它们分属B—function基因的3个亚家族
其中CjHGLO1和CjHGL02属PI亚家族.CjHTM6
属TM6一like亚家族.CjHDEF属AP3亚家族.并
且这4个基因与雪山茶(C_ apOn c0 s bs.
rusticana)中B—function基因4个成员的氨基酸序列
聚在一起.表明它们之间的亲缘关系最近.这与实
基酸残基最少.为27个。同时碱性氨基酸残基最
多,为38个;原子数CjHDEF最多.达3 665个.
比最少的cjHTM6蛋白的3 420个残基多了245
个;4个蛋白不稳定系数均高.表明均为不稳定蛋
白。并且根据不稳定系数可大致将4个家族成员分
为2组.即CjHGLO1和CjHGLO2较为接近为一
际的植物分类情况一致
——
1080- 热带作物学报 第33卷
组,CjHDEF和CjHTM6较为接近为另外一组。在
析(表4),结果表明: ‘红十八学士’中4个B—
4个基因中均未发现信号肽存在(数据未列出)。
function基因预测的蛋白以仅一螺旋、无规卷曲和延伸
2.1.3‘红十八学士’B一 ̄nction基因预测编码蛋白
链接3种构象存在,且以前两种为主要结构.占到3
的二级结构分析 对‘红十八学士’中分离的B—
种构象比例的83%以上,而延伸链结构比重最少,
function基因预测编码的蛋白质序列二级结构进行分
均在17%以下。在它们中间均不存在B一转角构象。
0.125
B
功
能
基
因
图l ‘红十八学士’基因与其它植物B一 ̄nction基因的氨基酸序列的系统进化树
表3推测的‘红十八学士,B一 ̄nction基因编码蛋白质的一级结构
表4‘红十八学士’B—function基因推测蛋白质二级结构
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—box家族B-function基因序列分析与原核表达一1081—
2.1.4 ‘红十八学士’B—function基因预测编码蛋
白的三级结构分析 蛋白质的功能很大程度上取
中可以看出. ‘红十八学士’中分离的B—function
基因中蛋白特定位点有50个.其中蛋白激酶C磷
酸化位点均最多(17个)。其次为酪蛋白激酶Ⅱ磷
酸化位点(15个)。总体上,在所有的特定位点中
磷酸化位点的数量最多(36个),因此可以推测这
决于其空间结构。 一螺旋主要功能是对蛋白质骨
架起到稳定作用.而无规卷曲结构决定了蛋白质的
功能.特别是酶的功能部位常常处于这种构象区
域.通过对蛋白质三级结构预测与分析.对理解该
蛋白质功能与结构之间的关系有着非常重要的意
义 ‘红十八学士’B—function基因推导的蛋白质
三级结构见图2.由图2可以看出,4个基因采用
些基因在‘红十八学士’花器官发育的细胞信号传
递过程中占有重要地位。
同源建模的方式预测的三级结构与二级结构预测的
结果基本一致.也是以仅一螺旋为主。并占最大比
重。其次为无规卷曲。而延伸链所占比重最小。根
据4个成员的空间构象。可明显的将其分为2组:
即CjHGLO1和CjHGLO2为一组,ciHDEF和
ciHTM6为一组。这与不稳定系数分析的结果一致。
2.1.5‘红十八学士’中B—function基因推测编码的
蛋白质特定位点 蛋白质的磷酸化反应在生物细
胞信号的传递中占有极其重要的地位【-鄹 其中蛋白
激酶C是G蛋白偶联受体系统中的效应物.受
Ca2 ̄的作用而被激活.蛋白激酶C能激活细胞质中
的靶酶参与生化反应的调控.同时也能作用于细胞
核中的转录因子.参与基因表达的调控【堋。从表5
A为CjHGLO1编码蛋白;B为CjHGL02编码蛋白;C为
CjHDEF编码蛋白;D为CjHTM6编码蛋白『141。
图2‘红十八学士’B-function基因推导的蛋白质三级结构
表5 ‘红+八学士,B—function基因预测编码蛋白质特定位点
2.2 ‘红十八学士’B基因家族编码蛋白的SDS—
PAGE分析
个基因的DGEX一4T一1载体有相应的靶蛋白被诱导
出来.它们将和GST构成融合蛋白被IPTG诱导表
达出来。根据‘红十八学士’中分离的B—function 原核表达载体pGEX一4T一1中谷胱甘肽巯基转
移酶(GST)标签蛋白大小约为26 ku.这样在添加
基因编码蛋白大小和GsT标签蛋白分子量大小.
可以预测4个基因与GST融合后靶蛋白的分子量
大小.分子量大小见表6。
IPTG后诱导物在26 ku位置被诱导高度表达.而
其它蛋白因受到限制表达量下降.这样可以明显地
将诱导的靶蛋白鉴定出来。因此。如果构建的含4
SDS—PAGE分析IPTG诱导的重组蛋白见图3.
表6重组蛋白分子量预测
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—box家族B—function基因序列分析与原核表达一1083一
两个亚家族09].而Viaene等同的研究则将雪山茶中
between WUSHEL and AGAMOUS[J].Cell,2001,105:805—
814.
的B—function基因分为3个亚家族。本研究中.依
据生物信息学分析的不稳定系数和同源建模的三维
结构模型.可将在‘红十八学士’分离的B—
【10】Lohmann JU,Hong RL,Hobe M,et o1.A molecular link
between stem cell regulation and floral patteming in
A, c s 【J].Cell,2001,105:793—803.
function基因家族成员分为两组.即CjHGLO1和
HGL02较为接近为一组.可归为GLO—like亚家
[1 1]Ming F,Ma H.A terminator of floral stem cells[J].Genes
Dev.2009.23:1 705—1 708.
族:而C 和 为另外一组.可归入
iHDEF CjHTM6
.
【12】Sasaki K,Aida R,Yamaguchi H,et o1.Functional divergence
DE 触e亚家族 蛋白质的磷酸化修饰是生物体
内重要的共价修饰方式.反应了生物细胞内对外界
within clssa B MADS-box genes rfGLO and TfDEF in Torenia
fournieri Lind[J].Mol Genet Genomics,2010,284(5):399—
信号的应答 本研究分离的B—function基因家族
成员均来自‘红十八学士’的幼小花芽.而分离的
4个基因编码的蛋白质特定位点中磷酸化位点高达
72%.这表明本研究分离的4个B—function家族成
员可能在‘红十八学士’花器官发育的细胞信号转
导途径中发挥重要功能 通过本文已经知道分离的
4个B—functi0n家族成员编码的蛋白质大小约在
50.31~52.09 ku范围..并且生物信息学分析结果显
示它们可能在山茶花器官发育的信号转导途径中扮
演重要角色.但每个成员具体行使什么样的功能还
不清楚
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责任编辑:叶庆亮
2024年5月18日发(作者:程筠)
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朱高浦 t一,李纪元 ,范正琪 ,倪 穗。,李辛雷 ,周兴文 ,孙迎坤
1中国林业科学研究院亚热带林业研究所.浙江富阳 311400
2中国林业科学研究院经济林研究开发中心.河南郑州450003
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摘要对山茶重瓣花‘红十八学士’(Camellia japonica‘Hong Shibaxueshi’)中的4个B类功能基因构建了系
统进化树,预测了其蛋白结构,并构建了相应的原核表达载体。生物信息学分析结果表明:4个基因分属3个
亚家族,其中CjHGLO1和qHGL02属PI亚家族,CjHTM6属TM6一like亚家族,CjHDEF属AP3亚家族;4个
基因的编码蛋白均为不稳定蛋白,均无信号肽存在;其蛋白二、三级结构均以0【一螺旋为主,其次是无规则卷曲,
然后以延伸链三种构象形式存在;分析的特定位点中磷酸化位点数量最多,尤其是蛋白激酶C磷酸化位点最多。
原核表达实验结果显示:当IPTG浓度在0.2mmo]]L、30℃、经1 h诱导CjHGLO1蛋白可获表达:当IPTG浓度在
0.1 mmol/L、30 oC、诱导1.5 h cjHGL02蛋白可获表达;当IPTG浓度在0.5 mmol/L、16℃、过夜(>16 h)诱导
cjHDEF蛋白可获表达;当IPTG浓度在O.3 mmol/L、20℃、诱导5 h CjHTM6蛋白可获表达。这些研究为山茶
B—function基因的更深人研究奠定了基础
关键词 重瓣;山茶花;B—function基因;生物信息学分析;原核表达
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Abstract To explore the role of B—function gene in double flower formation in Camellia faponica.tlle sequences
were analyzed and the recombinant proteins were induced in Escherichia col BL21 based on the four members of
B—function genes previously cloned from e japonica‘Hong Shibaxueshi’.11le results of bioinformatics exhibited
that all the four proteins belonged to three sub-families,and they were unstable proteins。and no signal peptides
were found.The space structures were mainly alpha—helix.followed by random coil and few extend strand.The
most proteins special sites were phosphorylation,and protein kinase phosphorylation.The result of prokaryotic
expression showed that CjHGL01 protein was induced when the I G concentration was 0.2 mmol/L.temperature
was 30 ,and induce time was one hour.and CjHGL02 protein was induced when the IPTG concentration was 0.1 mmo1/L.
temperaturewas16℃,inducetimewas1.5h.andCjHDEFproteinWasinducedwhentheI GconcentrationWas0.5mmo]]L.
temperature was 16 oC,and induce time was>16 h.and 日 protein was induced when the IP1IG concentration was
O.3 mmol/L,temperature was 20℃,and induce time was 5 h.These results were the basis for the deep research of
gene function in C japonica..
Key words Double flowers;Camellia japonica;B-function gene;Sequence analysis;Prokaryotic expression
doi 10.3969 ̄.issn.1000—2561.2012.06.021
收稿日期
2012—03—27 修回日期:2012—06—02
基金项目
科技部国际合作项目(No.2011DFA30490);“十二五’’国家科技支撑计划课题(N0
.
2012BAD01B0703):中央级公益性科研院所基本
科研业务费专项资金(NO.RISF6141)。
作者简介
朱高浦(1981年一),男,博士,助理研究员。研究方向:经济林栽培育种研究。}通讯作者:李纪元
,
E-mail:Jiyuan_1i@126-c0m。
一
l078一 热带作物学报 第33卷
MADS—box基因是广泛存在于生物中一类基因
功能鉴定奠定了基础.也希望为将来山茶重瓣花的
分子设计育种提供参考。
的统称,因其具有共同的保守区域而归为一类 它
的命名是由最初从酵母中发现的MCM!基因、拟南
芥中的AGAMOUS基因、金鱼草中的DEFICIENS
基因和人的 4个基因的首字母拼写而成f1]
1材料与方法
1.1材料
MADS—box基因在被子植物花进化和多样性等花器
官发育方面起着关键作用[2-3] 关于花器官发育的
理论中,“ABC模型”理论受到广泛认可.该模型
‘红十八学士’是我国传统茶花栽培品种.适应
性强,分布在我国热带、亚热带地区。花径约8 cm,
花瓣110~130片,完全重瓣花,成六角塔形花冠,
认为:A、B、C等3类同源异型基因单独或组合 花瓣鲜红。花期12月到次年4月。 ‘红十八学士’
调控4轮花器官的发育 其中A—functi0n基因单独
调控萼片的发育:A一和B—functi0n基因共同调控
花瓣的发育:B一和C—function基因共同控制雄蕊
的发育:C—function基因单独控制心皮的发育 A一
和C—function基因互相拮抗 尽管花器官发育模
型理论被不断发展和完善,但A、B、C等3类基
因在植物中仍然被认为是最保守的.受到广泛关注
和研究[61
对重瓣花器官发育的分子机理研究.大多集中
在C—function基因突变导致下游和其相互作用的因
子方面 ”,此外对B—functi0n[12—14]和B一、C—
function基因互作也有一些研究[15—163 考虑到完全重
瓣山茶的花瓣多达上百片.而B类功能基因是同
时参与了真核植物花瓣和雄蕊发育从而影响到花器
官第二轮和第三轮结构确定性的关键因子.暗示了
B—function基因在山茶重瓣花形成中起到关键作用
或是与其它功能基因共同起作用 在山茶花中存在
非常普遍的萼片瓣化现象.暗示B—functi0n基因可
能拓展表达域促使山茶重瓣花的形成 现有研究
结果表明.山茶中B—functi0n基因可分为3个亚家
族,即PI( GLO1和cjGL02)、AP3(CjDEF)和
TM6一like(cjTM6)[3; 很显然.山茶中这些重瓣花
的形成是与C功能基因缺失等造成的重瓣花起源
方式不同,可能涉及了雌雄蕊起源、苞(萼)片起源
等方式。
茶花是我国传统十大名花.我国是茶花的故
乡.但对茶花的开发利用以及新品种培育等方面起
步较晚,即使在茶花产业化最好的云南、浙江等
地.市场流行品种也以外来茶花品种为多 随着世
人对茶花文化的了解和审美价值回归.对中国传统
茶花的热情正悄然升温 本研究在前期从传统的完
全重瓣型茶花品种‘红十八学士’中分离到B—
function基因家族4个成员cDNA全长的基础上.
进行了生物信息学分析并构建了原核表达载体.通
过优化最佳诱导表达条件.最后将相应的蛋白诱导
出来.这为以后山茶B—functi0n基因所编码蛋白的
B—function基因4个成员CjHGLO1 fGenBank登录
号:HQ141341.1)、CjHGL02(GenBank登录号:
HQ141342.1)、CjHDEF(GenBank登录号:HM773—
024.1)、CjHTM6(GenBank登录号:HM748646.1)
的cDNA全长由本实验室从花芽中克隆获得 E.coli
BL21大肠杆菌、原核表达载体pGEX一4T一1载体为
本实验室保存,pMD一18载体购自TaKaRa(沈阳)
公司。
1.2试剂
高保真酶、限制性内切酶 I和 I购自
TaKaRa(沈阳)公司,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、
Tris、SDS.、TEMED、IPTG、考马斯亮蓝R一250等
均为分析纯试剂
1.3方法
1.3.1 生物信息学分析 利用DNAMAN 6.0软件
与GenBank中已登录的B—function基因家族成员的
氨基酸序列进行同源性比较.按照最大似然法
(Maximum Likelihood)构建系统发育树 利用瑞士
生物信息学研究所(Http://cn.expasy.org)提供的
ProtParam软件,在线分析氨基酸残基数目、组成、
蛋白质相对分子量、理论等电点等参数:利用
ProtSeale、HNN软件在线分析仪一螺旋(Alpha—
helix)、B一转角(Beta turn)、无规卷曲(Random
coil)、延伸链(Extend strand)。利用SignalP进行信
号肽分析(http://www.chs.dtu.dk/services,signalP/);
米用SWISS-MODEL(http://www.expasy.org/swissmod)
同源建模(homology modeling)NNIJ该基因编码蛋白
质的三维结构。利用PROSCAN(http://npsa—pbil.
ibcp.fr)预测编码蛋白质的特定位点
1.3.2原核表达分析 根据已获得的CjHGLO1、
CjHGL02、 CjHDEF、 CjHTM6的cDNA全长序
列,设计引物(表1),扩增4个基因的开放阅读框
(ORF),经TA克隆连接到pMD一18载体上,根据
原核表达载体DGEX一4T一1多克隆位点选择合适的
内切酶(Kpn I和 I),将4个基因从pMD一18
载体上双酶切后连接到pGEX一4T一1载体上 将重
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—b0x家族B—function基因序列分析与原核表达
组DGEX一4T一1质粒转化到大肠杆菌E coli DH5(x
感受态细胞中.利用菌液PCR和质粒酶切鉴定阳
性质粒。
一1079-
蛋白质诱导表达条件。将诱导出的含‘红十八学
士’B—functi0n基因家族MADS—b0x蛋白的菌液离
心收集菌体.加入SDS—PAGE上样缓冲液煮沸
5 min裂解细胞。12 000 r/min、室温离心5 min,
取上清进行SDS—PAGE电泳分离蛋白.再用考马
挑取阳性克隆接种于LB液体培养基.180 r/min
恒温振荡培养.送上海生工生物公司测序确保片
段正确插入。按照正交实验设计(表2)分别从
IPTG浓度、诱导时间、诱导温度三个方面优化
斯亮蓝R一250染色、固定液固定和脱色液脱色后
拍照、分析
表1 红十八学士’B—function基因ORF全长特异扩增引物
表2重组蛋白诱导表达条件的正交设计
因素 因素
IPTG浓度/mM
1
2
3
4
5
诱导时间/lI
0.5
1.0
3
5
>6
诱导温度,℃
37
30
25
2O
16
IPTG浓度/mm0I/L
14
15
16
17
l8
诱导时间/h
5
>6
0.5
1.O
3
诱导温度/oc
20
16
37
30
25
O.1
O.1
O.1
0.1
0.1
0.3
0.3
0.4
0-4
O.4
6
7
O_2
0_2
O.5
1.O
37
30
19
20
0.4
O.4
5
>6
20
16
8
9
10
0_2
0.2
0.2
3
5
>6
25
2O
16
21
22
23
O.5
O.5
0.5
0.5
1.0
3
37
3O
25
11
12
13
0_3
0.3
O-3
O.5
1.0
3
37
30
25
24
25
0.5
0.5
5
>6
20
16
2结果与分析
2.1 ‘红十八学士’B—function基因序列的生物
信息学分析
2.1.2‘红十八学士’B—function基因预测编码蛋白
的一级结构分析 对‘红十八学士’中分离的B—
function基因预测编码的蛋白质一级结构进行了分
2.1.1 ‘红十八学士’B—function基因序列在系统
进化中的位置 ‘红十八学士’B—function基因与
其它植物的氨基酸序列的系统进化树见图1.由图
1可以看出,从4个基因在系统发育树中的位置,
析(表3),结果表明:分子量cjHDEF蛋白最大。
达26.O9,而cjHTM6最小,为24-31;理论等电点
cjHTM6最高,为9.53,CjHGLO1最低,为6.77:
cjHGLO1的酸性氨基酸残基最多.为34个.碱性
氨基酸残基则最少,为33个。而CjHTM6酸性氨
清晰表明它们分属B—function基因的3个亚家族
其中CjHGLO1和CjHGL02属PI亚家族.CjHTM6
属TM6一like亚家族.CjHDEF属AP3亚家族.并
且这4个基因与雪山茶(C_ apOn c0 s bs.
rusticana)中B—function基因4个成员的氨基酸序列
聚在一起.表明它们之间的亲缘关系最近.这与实
基酸残基最少.为27个。同时碱性氨基酸残基最
多,为38个;原子数CjHDEF最多.达3 665个.
比最少的cjHTM6蛋白的3 420个残基多了245
个;4个蛋白不稳定系数均高.表明均为不稳定蛋
白。并且根据不稳定系数可大致将4个家族成员分
为2组.即CjHGLO1和CjHGLO2较为接近为一
际的植物分类情况一致
——
1080- 热带作物学报 第33卷
组,CjHDEF和CjHTM6较为接近为另外一组。在
析(表4),结果表明: ‘红十八学士’中4个B—
4个基因中均未发现信号肽存在(数据未列出)。
function基因预测的蛋白以仅一螺旋、无规卷曲和延伸
2.1.3‘红十八学士’B一 ̄nction基因预测编码蛋白
链接3种构象存在,且以前两种为主要结构.占到3
的二级结构分析 对‘红十八学士’中分离的B—
种构象比例的83%以上,而延伸链结构比重最少,
function基因预测编码的蛋白质序列二级结构进行分
均在17%以下。在它们中间均不存在B一转角构象。
0.125
B
功
能
基
因
图l ‘红十八学士’基因与其它植物B一 ̄nction基因的氨基酸序列的系统进化树
表3推测的‘红十八学士,B一 ̄nction基因编码蛋白质的一级结构
表4‘红十八学士’B—function基因推测蛋白质二级结构
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—box家族B-function基因序列分析与原核表达一1081—
2.1.4 ‘红十八学士’B—function基因预测编码蛋
白的三级结构分析 蛋白质的功能很大程度上取
中可以看出. ‘红十八学士’中分离的B—function
基因中蛋白特定位点有50个.其中蛋白激酶C磷
酸化位点均最多(17个)。其次为酪蛋白激酶Ⅱ磷
酸化位点(15个)。总体上,在所有的特定位点中
磷酸化位点的数量最多(36个),因此可以推测这
决于其空间结构。 一螺旋主要功能是对蛋白质骨
架起到稳定作用.而无规卷曲结构决定了蛋白质的
功能.特别是酶的功能部位常常处于这种构象区
域.通过对蛋白质三级结构预测与分析.对理解该
蛋白质功能与结构之间的关系有着非常重要的意
义 ‘红十八学士’B—function基因推导的蛋白质
三级结构见图2.由图2可以看出,4个基因采用
些基因在‘红十八学士’花器官发育的细胞信号传
递过程中占有重要地位。
同源建模的方式预测的三级结构与二级结构预测的
结果基本一致.也是以仅一螺旋为主。并占最大比
重。其次为无规卷曲。而延伸链所占比重最小。根
据4个成员的空间构象。可明显的将其分为2组:
即CjHGLO1和CjHGLO2为一组,ciHDEF和
ciHTM6为一组。这与不稳定系数分析的结果一致。
2.1.5‘红十八学士’中B—function基因推测编码的
蛋白质特定位点 蛋白质的磷酸化反应在生物细
胞信号的传递中占有极其重要的地位【-鄹 其中蛋白
激酶C是G蛋白偶联受体系统中的效应物.受
Ca2 ̄的作用而被激活.蛋白激酶C能激活细胞质中
的靶酶参与生化反应的调控.同时也能作用于细胞
核中的转录因子.参与基因表达的调控【堋。从表5
A为CjHGLO1编码蛋白;B为CjHGL02编码蛋白;C为
CjHDEF编码蛋白;D为CjHTM6编码蛋白『141。
图2‘红十八学士’B-function基因推导的蛋白质三级结构
表5 ‘红+八学士,B—function基因预测编码蛋白质特定位点
2.2 ‘红十八学士’B基因家族编码蛋白的SDS—
PAGE分析
个基因的DGEX一4T一1载体有相应的靶蛋白被诱导
出来.它们将和GST构成融合蛋白被IPTG诱导表
达出来。根据‘红十八学士’中分离的B—function 原核表达载体pGEX一4T一1中谷胱甘肽巯基转
移酶(GST)标签蛋白大小约为26 ku.这样在添加
基因编码蛋白大小和GsT标签蛋白分子量大小.
可以预测4个基因与GST融合后靶蛋白的分子量
大小.分子量大小见表6。
IPTG后诱导物在26 ku位置被诱导高度表达.而
其它蛋白因受到限制表达量下降.这样可以明显地
将诱导的靶蛋白鉴定出来。因此。如果构建的含4
SDS—PAGE分析IPTG诱导的重组蛋白见图3.
表6重组蛋白分子量预测
第6期朱高浦等:重瓣茶花‘红十八学士’MADS—box家族B—function基因序列分析与原核表达一1083一
两个亚家族09].而Viaene等同的研究则将雪山茶中
between WUSHEL and AGAMOUS[J].Cell,2001,105:805—
814.
的B—function基因分为3个亚家族。本研究中.依
据生物信息学分析的不稳定系数和同源建模的三维
结构模型.可将在‘红十八学士’分离的B—
【10】Lohmann JU,Hong RL,Hobe M,et o1.A molecular link
between stem cell regulation and floral patteming in
A, c s 【J].Cell,2001,105:793—803.
function基因家族成员分为两组.即CjHGLO1和
HGL02较为接近为一组.可归为GLO—like亚家
[1 1]Ming F,Ma H.A terminator of floral stem cells[J].Genes
Dev.2009.23:1 705—1 708.
族:而C 和 为另外一组.可归入
iHDEF CjHTM6
.
【12】Sasaki K,Aida R,Yamaguchi H,et o1.Functional divergence
DE 触e亚家族 蛋白质的磷酸化修饰是生物体
内重要的共价修饰方式.反应了生物细胞内对外界
within clssa B MADS-box genes rfGLO and TfDEF in Torenia
fournieri Lind[J].Mol Genet Genomics,2010,284(5):399—
信号的应答 本研究分离的B—function基因家族
成员均来自‘红十八学士’的幼小花芽.而分离的
4个基因编码的蛋白质特定位点中磷酸化位点高达
72%.这表明本研究分离的4个B—function家族成
员可能在‘红十八学士’花器官发育的细胞信号转
导途径中发挥重要功能 通过本文已经知道分离的
4个B—functi0n家族成员编码的蛋白质大小约在
50.31~52.09 ku范围..并且生物信息学分析结果显
示它们可能在山茶花器官发育的信号转导途径中扮
演重要角色.但每个成员具体行使什么样的功能还
不清楚
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责任编辑:叶庆亮