毛竹光系统Ⅱ捕光色素结合蛋白基因的分离及其表达研究

论文摘要

光合作用是地球上最重要的化学反应,光能的捕获和传递过程将会直接影响整个生物体的光合作用表现。在高等植物中,光系统II捕光色素蛋白复合体LHC在光合作用过程中发挥着极其重要的作用。研究表明LHCII主要的功能有以下四个方面:捕获和传递光能、光保护和过剩能量耗散、调节光能在两个光系统中分配和维持类囊体膜的结构等。光合作用反应植物对外界物质的同化能力,是植物的重要生理活动指标,在一定程度上对植物的生长速度起着决定性的作用。竹子具有生长快、产量高等特点,意味着竹子具有较强的同化能力,本研究从竹子捕光色素结合蛋白基因的分离入手开展了工作,主要结论如下:1.通过RACE、RT-PCR等方法从毛竹克隆到了6个捕光色素结合蛋白基因cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5、cab-PhE8、cab-PhE10、cab-PhE11,分别属于光系统Ⅱ的lhcb1、lhcb2、lhcb3、lhcb4、lhcb5、lhcb6类基因家族。通过生物软件分析,该6个基因的CDS编码区均约在800900 bp左右,其编码蛋白的分子量在2830kD之间;与国际核酸和蛋白质数据库联网分析得知,6个基因与其它物种中的同类基因均有较高的相似性,其相似性多数在80%以上,特别是与水稻、玉米、大麦等亲缘关系较近的单子叶植物中该类基因的相似性更高,多数在90%以上;蛋白功能预测分析表明,该6个基因均含有典型的叶绿素a/b结合位点,推测其功能可能是与色素分子结合。对6个基因编码的蛋白质进行比较发现:Cab-PhE3与Cab-PhE1和Cab-PhE5之间的相似性分别为72.6%和65.7%,而与Cab-PhE8、Cab-PhE10、Cab-PhE11之间的相似性分别为29.4%、41.4%和24.8%。Cab-PhE1和Cab-PhE5之间的相似性为66.5%。毛竹捕光色素结合蛋白基因的分离,丰富了该基因家族成员,为进一步了解lhcb家族基因在不同植物尤其是在竹类植物中的结构、功能及表达情况奠定了基础。2.实现了毛竹cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5基因在大肠杆菌BI21（DE3）中高效表达。通过添加酶切位点的方法将cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5基因编码成熟蛋白的序列部分插入到原核表达载体pET-23a的相应位点,构建成原核表达载体pET- cab-PhE3 -mature、pET- cab-PhE1-mature和pET- cab-PhE5-mature。经IPTG诱导后,蛋白电泳结果显示重组质粒在大肠杆菌中能够高效表达,其诱导表达蛋白的分子量均与cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5基因编码的成熟蛋白分子量相接近,这为进一步研究捕光叶绿素a/b结合蛋白与色素的体外重组特性奠定基础。3.研究了毛竹cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5、cab-PhE8、cab-PhE10、cab-PhE11基因的时空表达。毛竹叶绿素荧光动力学研究结果显示,不同时间强光照射处理的Fv/Fm、qP、Yield、ETR值均随着光照时间的延长而降低,而F0、qN则随光照时间的延长而成上升趋势。实时定量PCR研究表明,cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5、cab-PhE8、cab-PhE10、cab-PhE11基因在不同光处理条件下表达明显不同。分别对强光照射2 hr、4 hr、6 hr的毛竹植株的lhcb基因的表达水平进行研究,发现cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5、cab-PhE8、cab-PhE10、cab-PhE11基因表达量呈现规律性变化,6个基因均随光照时间的延长而表达量减少。其中cab-PhE3和cab-PhE1基因表达情况变化较为明显。由此表明,毛竹捕光色素结合蛋白基因cab-PhE3、cab-PhE1、cab-PhE5、cab-PhE8、cab-PhE10、cab-PhE11在强光抑制的光保护过程中发挥着一定作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光系统Ⅱ捕光色素蛋白基因及其蛋白复合体的研究
• 1.1.1 光系统Ⅱ捕光色素结合蛋白基因的研究
• 1.1.2 光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体的组成
• 1.1.3 光系统Ⅱ捕光色素蛋白之间的亲缘关系
• 1.1.4 光系统Ⅱ捕光色素蛋白的结构
• 1.1.5 光系统Ⅱ捕光色素蛋白中的色素定位
• 1.1.6 光系统Ⅱ捕光色素蛋白的功能
• 1.2 叶绿素荧光诱导动力学的研究
• 1.2.1 叶绿素荧光研究光合的基本原理
• 1.2.2 叶绿素荧光动力学参数及其意义
• 1.3 竹子光合作用研究进展
• 1.3.1 研究的主要对象
• 1.3.2 研究的主要内容
• 1.4 本研究的立论依据和研究意义
• 1.5 本研究论文的技术路线
• 第二章 研究材料与方法
• 2.1 lhcb 基因克隆的材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 lhcb 基因原核表达的材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 强光胁迫毛竹光抑制特征的材料与方法
• 2.3.1 试验材料
• 2.3.2 试验方法
• 第三章 结果与分析
• 3.1 lhcb 基因克隆与分析
• 3.1.1 试验结果
• 3.1.2 序列分析
• 3.1.3 小结
• 3.2 lhcb 基因原核表达的结果与分析
• 3.2.1 试验结果
• 3.2.2 试验分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 强光胁迫毛竹光抑制特征的结果与分析
• 3.3.1 试验结果
• 3.3.2 试验分析
• 3.3.3 小结
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.2.1 毛竹lhcb 基因的克隆与序列分析
• 4.2.2 毛竹lhcb 基因原核表达
• 4.2.3 强光胁迫毛竹光抑制特征的研究
• 4.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢