盐藻钠磷共转运通道基因家族的克隆与分析

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磷是所有生物必需的生命元素,是生物体维持其基本生物学功能的关键物质。外界无机磷进入细胞内依赖于细胞膜上磷转运通道的转运,这是生物利用磷的第一步。盐藻(Dunaliella viridis)作为一种具有高度抗盐的模式生物被广泛的研究和利用,而盐藻中的无机磷可能是启动盐藻耐盐机制的“开关”,并且之前的研究指出在盐藻的基因组中可能存在一个庞大的无机磷通道基因家族。因此,对盐藻无机磷通道基因家族的研究,不仅能够进一步了解盐藻的耐盐机制的启动机理,而且可以为我们初步探究盐藻中的基因复制机制提供线索。 本实验室利用SSH技术从盐藻(Dunaliella viridis)中分离到受高盐和磷“饥饿”诱导的钠磷共转运通道基因DvSPT1和DvSPT2,并且将钠磷共转运通道基因与CrGFP融合,电击转化莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii),通过激光共聚焦显微镜观察确定它们定位于叶绿体的膜上。为了更好的研究 DvSPT1和DvSPT2的转录调控机制,我们想得到这两个基因5’上游的更多序列,所以根据这两个基因的编码区段设计了引物,利用PCR四维筛选体系在盐藻BAC文库中筛选得到对应的阳性BAC克隆。通过“鸟枪”法测序得到了两段包含DvSPT1和DvSPT2基因的盐藻基因组片段,大小分别是65kb和72kb。我们从中不但分离到 DvSPT1和DvSPT2的全长基因组序列,同时还发现了与 DvSPT1高度同源的基因家族新成员,我们将其命名为DvSPT1;2。 在DvSPT1 BAC DNA序列中,大片段重复序列覆盖了DvSPT1和DvSP7T1;2的5’-上游区域以及整个编码区,但不包括3’-下游区域。DvSPT1 和 DvSPT1;2的ORF非常相似(99.7%的同源性),只有7个同义突变的碱基,它们的氨基酸序列则完全相同。DvSPT1和DvSPT1;2的基因组序列重复区段有97.9%的同源性,同义突变率Ks=0.01<0.02,这是一个尚处在早期阶段的基因复制事件。Real-timePCR分析显示,在6个不同盐稳态条件下DvSPT1和DvSPT1;2的表达发生了分化,这可能是由于它们5’-上游调控区域的序列分化与3’-下游区域(3’-UTR)的序列交换导致的。而对于高盐和磷“饥饿”胁迫,DvSPT1;2同样受到诱导,并且趋势与DvSPT1和 DvSPT2类似,说明其功能尚未发生分化,只是增加了盐藻对于更宽盐浓度的适应性。此外,我们得到的两个65kb和72kb的盐藻基因组片段是研究盐藻基因组序列的良好材料,对于它们的分析并结合GenBank中其它盐藻基因组序列,我们归纳出盐藻基因组序列的一些重要特征:盐藻基因组序列与GenBank上已知的其它物种序列的同源性非常低;平均GC含量为52%左右,比同为模式生物的莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的GC含量(65.7%)要低的多;序列中存在大量的微卫星序列,而其中尤以二碱基的(CA)<,n>/(TG)<,n>型重复序列最为多见;盐藻基因组序列中的大片段重复序列可以帮助盐藻在进化中增加基因的数量,分化基因的功能。对于这些特征的归纳总结有助于我们揭开盐藻高度抗逆的奥秘。
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