甜瓜胞液型谷氨酰胺合成酶基因M-GS1的克隆及其表达分析研究

【摘要】：植物对氮素的吸收利用能力是植物生长发育重要的限制因素之一。作物对氮素营养吸收能力有限,因此为保证氮素营养供应充足,一般的农业耕作情况下,氮肥均须过量施用,这必然导致过量氮素对生态环境的污染。谷氨酰胺合成酶(GS)在高等植物氮吸收利用中起着重要的作用。在分子水平深入研究该类酶的基因,对通过分子育种的方法提高作物对氮素营养的吸收利用能力,从而达到减少氮肥施用和过量氮肥流失对环境的污染,有一定的理论和实际意义。植物谷氨酰胺合成酶具有多种同工酶,根据亚细胞定位,分为胞液型谷氨酰胺合成酶(GS1)和质体型谷氨酰胺合成酶(GS2)。甜瓜是世界十大果品之一,是我国重要的一种设施栽培作物。本研究利用RACE-PCR方法从网纹甜瓜(Cucumis melo L.)中克隆了一个胞液型谷氨酰胺合成酶(M- GS1:Melon-Glutamine Synthetase Gene,GenBankaccession number:AY773090)基因,并利用生物信息学手段对其主要结构特征和功能特征进行了分析。该基因(untranslated region,UTR)和310。编码一个含356个氨基酸残基的多肤。经生物信息学分析,推断该多肽为谷氨酰胺合成酶的前体,氨基酸序列和结构分析显示M-GS1编码的这个蛋白包含了一个GS beta-Grasp功能区和GS催化功能区(catalytic domain),这些功能区在植物的谷氨酰胺合成酶中是保守的。进化树分析表明,M-GS1和北美假大麻(Datisca glomerata)最相近。对该蛋白的三级结构进行了预测,结果显示该蛋白需要在Mn~(+2)存在的情况下起作用。下一步将对该基因在甜瓜不同组织中和在不同氮素营养处理下的表达模式进行分析,为该基因的合理利用提供一定的理论支撑。