基本信息
- 項目名稱：
- 陸地棉苯丙氨酸解氨酶基因的克隆及對鹽脅迫的響應
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 苯丙氨酸解氨酶(PAL)是普遍存在于高等植物中的苯丙氨酸代謝途徑的關鍵酶和限速酶系，對植物生長發(fā)育、抗病、抗逆及構成植物支撐系統(tǒng)等方面具有重要意義，在醫(yī)藥、保健和食品工業(yè)等領域的研究具有誘人的應用前景。本作品在生物信息學分析基礎上，克隆得到兩條陸地棉苯丙氨酸解氨酶基因的cDNA序列并對不同鹽濃度脅迫下棉花葉中PAL活性檢測，為研究該基因的功能和利用該類基因進行陸地棉抗逆性改良提供了重要參考。
- 詳細介紹：
- 在生產(chǎn)中陸地棉的抗病性、抗旱耐鹽能力等是影響其產(chǎn)量的主要因素，深入研究其抗逆機理并對抗逆能力進行遺傳改良對推動棉花抗逆性的提高、產(chǎn)量的增加以及品質(zhì)的改善具有重要意義。苯丙氨酸解氨酶(PAL)是普遍存在于高等植物中的苯丙氨酸代謝途徑的關鍵酶和限速酶系，對植物生長發(fā)育、抗病、抗逆及構成植物支撐系統(tǒng)等方面具有重要意義，在醫(yī)藥、保健和食品工業(yè)等領域的研究具有誘人的應用前景。目前國內(nèi)外已對擬南芥、煙草等多種植物的PAL基因序列和蛋白質(zhì)特性分析，然而還未見有關棉花PAL的基因克隆與表達等分子生物學研究報道。本作品在生物信息學分析基礎上，克隆得到兩條陸地棉苯丙氨酸解氨酶基因的cDNA序列，分別命名為GhPAL1和GhPAL2。推斷兩基因的編碼產(chǎn)物均由721個氨基酸殘基組成，同源性為91.3%，分子量約78 kD，pI值6.17。蛋白功能域分析顯示該序列包含HAL和Tyr-2-3變位酶兩個功能域，主要活性中心序列GTITASGDLVPLSYIA位于第203-218氨基酸范圍內(nèi)。氨基酸序列的聚類分析表明GhPAL1和GhPAL2與擬南芥、煙草等八種植物中的PAL蛋白同源性在80%以上，說明該類基因在植物中有高度保守性。對不同鹽濃度脅迫下棉花葉中PAL活性檢測，表明50 mmol/L NaCl處理可提高PAL的活性，而高濃度則抑制了PAL活性，暗示了PAL活性的提高，有助于植物適應逆境脅迫。本作品為研究該基因的功能和利用該類基因進行陸地棉抗逆性改良提供了重要參考。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品的目的是克隆得到棉花苯丙氨酸解氨酶基因并研究其活性在鹽脅迫下的變化。 基本思路是首先在電子克隆的基礎上獲得棉花PAL基因信息；再通過實驗方法克隆得到PAL基因的cDNA序列；完成序列的生物信息學分析；最后測定了鹽脅迫條件下棉花葉片中PAL活性的變化，明確PAL對鹽脅迫的響應趨勢。
科學性、先進性及獨特之處
- 分子生物學與生物信息學是當前生命科學領域中先進的研究技術，在生命科學研究中被廣泛應用。本作品在電子克隆的基礎上，通過實驗對電子克隆的結果進行驗證和進一步的分析，體現(xiàn)了實驗科學的嚴謹性。此外，本作品利用生命科學中分子生物學、生物信息學、植物生理學等多學科的技術進行研究，內(nèi)容豐富、手段先進，結果可靠，特別是棉花PAL基因尚未見公開的報道，具有重要的學術價值。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 棉花是世界上最重要的纖維作物之一，在生產(chǎn)中棉花的抗病性、抗旱耐鹽能力等是影響其產(chǎn)量的主要因素。分子生物學和生物信息學的發(fā)展，為大幅度提高棉花的耐鹽性提供了新的方法和理論基礎。本實驗在利用生物信息學方法的基礎上進行棉花苯丙氨酸解氨酶基因的克隆與序列分析，并測定在鹽脅迫過程中其酶活性的變化，為研究該基因的功能和為利用該類基因在棉花中高效表達來提高棉花的抗逆性，改良棉花的品質(zhì)提供理論基礎。
學術論文摘要
- 在生物信息學分析基礎上，克隆得到兩條陸地棉苯丙氨酸解氨酶基因的cDNA序列，分別命名為GhPAL1和GhPAL2。推斷兩基因的編碼產(chǎn)物均由721個氨基酸殘基組成，同源性為91.3%，分子量約78 kD，pI值6.17。蛋白功能域分析顯示該序列包含HAL和Tyr-2-3變位酶兩個功能域，主要活性中心序列GTITASGDLVPLSYIA位于第203-218氨基酸范圍內(nèi)。氨基酸序列的聚類分析表明GhPAL1和GhPAL2與擬南芥、煙草等八種植物中的PAL蛋白同源性在80%以上，說明該類基因在植物中有高度保守性。對不同鹽濃度脅迫下的棉花葉中PAL活性檢測，表明50 mmol/L NaCl處理可提高PAL的活性，而高濃度則抑制了PAL活性，暗示了PAL活性的提高，有助于植物適應逆境脅迫。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 生物信息技術：DNAMAN美國Lynnon Biosoft公司開發(fā)的高度集成化的分子生物學應用軟件，包換多重序列對齊、PCR引物設計、限制性酶切分析、蛋白質(zhì)分析、質(zhì)粒繪圖等。 多重序列分析：可以采用ClustalW的方法進行 多重序列比對，構件系統(tǒng)進化樹。 電子克隆技術:不經(jīng)實驗室工作，將網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)資料進行整理、分析和拼接，得到新基因全長序列，并對其推導蛋白的結構和功能作初步預測。 紫外-可見吸收光譜分析技術 文獻 胡德華.張潔.方平. 生物信息數(shù)據(jù)庫調(diào)查分析及其利用研究.[期刊論文]-生物信息學, 2005 韓琳娜，張永清.生物技術在忍冬屬植物研究中的應用. 生物技術通報, 2010
同類課題研究水平概述
- 據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和糧農(nóng)組織(FAO)不完全統(tǒng)計，全世界不同程度鹽漬化土地面積約9．54億公頃。我國鹽漬地0．818億公頃，其中15億畝耕地中約有1億畝是鹽漬化耕地。干旱地的鹽漬化是另一個嚴峻的問題，在某些地區(qū)尤為突出。隨著人口增長以及水資源的匱乏，提高水資源的利用效率、充分開發(fā)和有效利用鹽漬化土壤資源己成為關系國計民生的重要課題。 目前，主要通過兩種方式來開發(fā)和利用鹽漬土，一是通過工程措施來改良土壤，如通過合理灌溉、淡水洗鹽、施用化學改良試劑等措施改良土壤。雖然這些措施取得了一些效果，但是耗資巨大，難以持久，副作用明顯。如利用淡水洗鹽時，在洗去Na+、Cl-等鹽離子的同時，土壤中一些植物必需的礦物質(zhì)元素如N、P、K、Fe、Mg、Zn等也同時被洗去，并引起次生鹽漬化大面積發(fā)生。而且，這種措施需要大量的淡水，在淡水資源日益匱乏的今天，實施難度也越來越大。二是開展生物治理和開發(fā)利用，即利用生物技術培育耐鹽性作物新品種來達到開發(fā)利用鹽漬土的目的，被人們寄予厚望，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大課題之一。利用生物技術培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、耐鹽的作物品質(zhì)，必須首先對植物的抗鹽或耐鹽機制有一定的了解，同時還要克隆到可供利用的相關基因。自二十世紀初以來，國內(nèi)外學者已經(jīng)從各個角度對植物抗鹽脅迫的生理機制和分子機理進行了深入研究，從最初的生理現(xiàn)象的研究到生態(tài)、遺傳的研究，再到生理生化、代謝的研究，己積累大量的資料，但鹽脅迫的機制是相當復雜的，人們對植物抗鹽脅迫的分子機理的認識比較模糊，在改良作物耐鹽性方面的結果還不很理想。隨著分子生物學與現(xiàn)代生物技術的發(fā)展，以及對擬南芥和水稻等模式植物的深入研究，關于植物抗脅迫的分子機理方面的信息越來越多，為揭示植物耐鹽實質(zhì)及通過克隆更多的耐鹽相關基因，培育高度耐鹽的作物新品種提供了新的思路、新的方法與材料。 到目前為止國內(nèi)外已對擬南芥、煙草、甘藍型油菜、胡蘿卜、百脈根、毛果楊、桑樹、長春花等多種植物進行了PAL基因序列和蛋白特性分析，研究表明，該基因普遍特點是由小的多基因家族組成，而且在植物體內(nèi)的表達具有環(huán)境和組織特異性。但尚未見到有關棉花PAL基因在鹽脅迫下的表達特異性及其基因序列分析的報道。
