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水蕨血红蛋白基因的分子克隆和序列分析
  • ISSN号:1000-3142
  • 期刊名称:广西植物
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:Q943.2[生物学—植物学] Q75[生物学—分子生物学]
  • 作者机构:[1]湖北第二师范学院化学与生命科学学院/植物抗癌活性物质提纯与应用湖北省重点实验室,武汉430205, [2]中国科学院武汉植物园植物种质创新与特色农业重点实验室,武汉430074
  • 相关基金:国家自然科学基金(31201242,C130405);湖北省科学研究计划项目(Q20143004);湖北省自然科学基金(2015CFB508);植物抗癌活性物质提纯与应用湖北省重点实验室开放课题(HLPAI 2014004)
  • 相关项目:芝麻素合成基因CYP81Q1的等位变异、表达及功能标记研究
作者: 齐小琼|
中文摘要:

植物血红蛋白(Hemoglobin)是一类由珠蛋白(Globin)和血红素(Ferroheme)组成的结合蛋白,在植物中广泛分布,迄今已在苔藓植物、裸子植物和被子植物中克隆到血红蛋白基因序列,但在蕨类植物中相关研究还未见报道。该研究采用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)方法克隆了水蕨血红蛋白基因的全长序列。该基因的序列总长为949 bp,包含4个外显子和3个内含子,编码189个氨基酸。预测的蛋白质(命名为CtHb)的分子量为21.14 kDa,等电点(pI)为7.81。三维结构模拟表明CtHb具有植物血红蛋白典型的三级结构:即含有A、B、C、E、F、G和H螺旋,形成了3-on-3的"三明治"结构。和水稻血红蛋白的三级结构相比,CtHb的大部分结构(包括具有远端和近端组氨酸定位的E螺旋和F螺旋的位置等)同水稻的结构极为相似。两者的不同之处主要表现在:(1)CtHb含有较长的N-端区域;(2)两者CD-loop的折叠方式不同;(3)两者螺旋B和螺旋C的连接方式不同,CtHb是通过卷曲连接的,而水稻中借助的是螺旋。结构进化分析揭示了植物血红蛋白从非共生到共生进化过程中的一些关键改变,这些改变可能有助于非共生血红蛋白向共生血红蛋白结构的转变,特别是有助于豆血红蛋白共生功能的实现。

英文摘要:

Plants,like humans,contain hemoglobins(Hbs),which consist mostly of protein subunits(the "globin" molecules) and heme groups.Phylogenomic analysis shows that Hbs are widely distributed in higher plants,and by comparing sequences,expression patterns,and ligand-binding properties,it is evident that three distinct types of Hb exist in plants:symbiotic,non-symbiotic,and truncated Hbs.In the recent years,the genes of Hb have been cloned and identified in various species of bryophytes,gymnosperms and angiosperms,but no study has been reported in the ferns until now.In the present study,a full-length Hb gene from Ceratopteris thalictroides was cloned by Thermal Asymmetric Interlaced(TAIL) PCR,and sequence analysis was conducted by bioinformatics.The results revealed that the gene was 949 bp long,containing 4 exons interrupted by 3 introns.The deduced protein(named CtHb) with 189 amino acid residues had a predicted isoelectric point(PI) of 7.81 and a calculated molecular mass 21.14 kDa.Modeling of the tertiary structure indicated that CtHb possesses the typical tertiary structure as plant Hbs(including helices A,B,C,E,F,G and H,these together forms a "sandwich" structure of 3-on-3).Comparative structure analysis of CtHb with rice native NsHb1 revealed that most of the CtHb structure was quite similar to that of rice NsHb1,including the positions of helices E and F,where distal and proximal His were located,respectively.However,the structure differences were as follows:(1) The N-terminus region was longer in CtHb than in rice NsHb1;(2) The CD-loop folded differently;(3) Helices to coils transition at the connect regions of helices B and C were different.Structural comparison revealed major evolutionary changes during plant Hbs evolution.Some of these structural changes would be helpful for the transition from nonsymbiotic Hb to symbiotic Hb and for the specialization of a symbiotic function for symbiotic Hb.

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期刊信息
  • 《广西植物》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:广西科学院
  • 主办单位:广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所 广西植物学会
  • 主编:李先琨
  • 地址:桂林市雁山
  • 邮编:541006
  • 邮箱:guihaia@gxib.cn
  • 电话:0773-3550074
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3142
  • 国内统一刊号:ISSN:45-1134/Q
  • 邮发代号:48-43
  • 获奖情况:
  • 本刊1996、2000、2004、2008年连续四届入选为"国...,2001年起入选为"中国期刊方阵双效期刊",2002年起入选为"中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊",2004、2006、2008、2010年连续入选为国家科技部"...,2005年起被评定为"中国科技精品期刊",编入由全国...
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,波兰哥白尼索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:14545