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细菌rpoD基因在烟草植物叶绿体中表达的研究

刘征  
【摘要】:众多证据表明高等植物叶绿体源于古代的硫细菌,因而其转录和翻译机制与原核生物十分相似。叶绿体中存在至少两种完全不同的转录机制:其一为质体本身编码的RNA 聚合酶(PEP)负责转录与光合作用有关的基因;另一为细胞核编码的RNA 聚合酶(NEP)转录质体内的基因,此类基因多为与叶绿体结构有关的持家基因。NEP 聚合酶为单亚基酶,在植物细胞质中合成,经由导太引导进入叶绿体。PEP 聚合酶则由多亚基组成,但其对叶绿体基因的识别及转录的起始依赖于sigma 类似因子(SLFs)。SLFs 也由细胞核内的基因合成,在叶绿体内识别具有细菌启动子特征的基因。将质体sigma 类似因子与细菌sigma70 因子(由细菌rpoD 基因编码)的氨基酸序列进行对比发现,在氨基酸的C 端功能域有四个一致的保守区,这些保守区均在组成RNA聚合酶全酶和识别基因的启动子中起关键的作用。分子生物学的实验进一步表明叶绿体psbA 启动子可被包括sigma70 因子在内的细菌RNA 聚合酶全酶所识别;在叶绿体trcGFP 转基因烟草植物中由细菌trc 启动子驱动的绿色萤光蛋白基因(gfp)可以被叶绿体内的转录和翻译系统正确识别、转录和合成蛋白。这些证据进一步说明质体的sigma 类似因子与细菌sigma70 因子在功能上具有一定的可替代性。因而通过研究细菌sigma70 因子在高等植物叶绿体中对质体基因表达的影响,一方面可为探索质体基因表达调控的机理提供证据,有助于叶绿体基因工程构建高效表达载体;另一方面也可从进化的角度探索叶绿体基因与细菌基因之间的相互识别。 基於以上的证据,我们从大肠杆菌E.coli 中克隆了rpoD 基因,并在其起始密码子前连接上矮牵牛的定位于叶绿体的导太基因序列,这样在细胞中表达的sigma70 融合蛋白可进入叶绿体内。经农杆菌介导的植物细胞核转


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