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节旋藻藻蓝蛋白操纵子、Rubisco基因及节旋藻和螺旋藻分子系统学研究

刘金姐  
【摘要】: 根据GenBank中报道的节旋藻藻蓝蛋白基因序列设计引物,首先克隆了钝顶节旋藻(Arthrospira platensis FACHB341)藻蓝蛋白操纵子中β亚基基因、α亚基基因部分序列及二者之间的间隔区序列(PC-IGS)并进行序列测定,然后根据此测序结果设计引物,通过染色体步移法克隆得到藻蓝蛋白操纵子长度为2086 bp的基因片段,其中包括藻蓝蛋白β亚基基因(cpc B,519 bp),α亚基基因(cpc A,489 bp),连接蛋白H基因(cpc H,357 bp),β亚基基因上游启动子序列(427 bp)以及各基因之间的间隔区(PC-IGS,111 bp;cpc H与cpc A间隔区,184 bp)。操纵子调控区序列启动子分析结果显示共有5条可能的启动子序列,其中4条位于cpcB基因的上游,1条位于cpcH基因的上游。同时此序列也包括一些信号因子,如TATA box、CAAT box、DOFCOREZM、EBOXBNNAPA、GT1CONSENSUS、GTGANTG10、IBOXCORE、MYBGAHV、MYBST1、POLASIG1、POLLEN1LELAT52、RAV1AAT、REALPHALGLHCB21、ROOTMOTIFTAPOX1、TAAAGSTKST1和WBOXATNPR1等,它们中的好多因子的功能有待于进一步的确定。 将上述操纵子中β亚基基因上游序列和启动子探测载体pEGFP-1进行重组,用超声波和电穿孔的方法在三种转化体系中(大肠杆菌E.coli、集胞藻Synechococcus PCC 6803和节旋藻Arthrosopira platensis FACHB341)进行遗传转化,并在集胞藻中检测到了绿色荧光蛋白的表达,证明所克隆的藻蓝蛋白操纵子中β亚基基因上游序列具有启动子功能。 在节旋藻和螺旋藻分子系统学研究中,克隆了节旋藻和螺旋藻的藻蓝蛋白操纵子中的PC-IGS序列并进行序列测定和分子系统学分析,结果如下:所克隆的长度为857 bp的片段包含有494 bp的cpc B基因,111 bp的PC-IGS序列和252 bp的cpc A基因。核苷酸序列中存在25处突变位点,主要出现于FACHB439和FACHB440两个品系中。相似性分析结果显示FACHB351、OUQDS6和 OUQDSM的相似性均为 100%,说明这 3个品系的 PCJGS序列基本相似。 FACHB439和 FACHB440的相似性为 99.6O,高于它们与其他的品系之间的相 似性(96.8-97.3o)。其他各品系之间的相似性也非常高,介于 99.6-99.90。 我们还克隆了节旋藻(ArthrosPira Platensis FACHB341,A Platensis FACHB439,A.maxima OUQDSM)采螺旋藻(Spirulina FACHB440)Rubisco大 亚基基因(rbcL)部分片段并进行了序列测定与分析,结果表明:螺旋藻(Spirulina FACHB440)的GC含量比其他的节旋藻品系高;氨基酸序列分析发现螺旋藻与 其他节旋藻品系的差异较大;螺旋藻与节旋藻核着酸序列相似性约为 78.l~78.5%,而三个节旋藻品系之间的相似性介于96.5—99石%。系统发生分析 结果显示,三个节旋藻品系形成一个小的分支,其自举值为 1000 而螺旋藻与 鱼腥藻聚合为一个类群,自举值为909。 同时我们以钝顶节旋藻 FACHB341M.platensts FACHB341)为材料,克隆 了 2073 hp长的 rubisco序列。分析结果显示此基因的结构如下:11 230 hp为 rbCL基因;1362-1727 hp为 rbCX基因;1776-2073 hp为rbCS基因:rbCL和rbCX 基因之间存在rbcL基因的两个转录茎环结构,1732上 为核糖体结合位点 GGAG。将此序列与GenBank中己经报道的其它部分蓝藻的相应核着酸序列进 行了同源性分析,推导出了相应的氨基酸序列,其中含有 13.14%的酸性氨基酸, 14.51%脂肪族氨基酸,疏水性氨基酸的比例为42.16%。rbcL基因与其他蓝藻 土应基因,如 A驯enellum qua办叩licatum,Mecho叫tls PCC6803,Mechococcus PCC6301,Prochlo。thr汀 hollandica 和 Anabaena PCC7120的相似性分别为 77.2O、sl.7o、74.8O、79.90和76.l0。rbCS基因序列在蓝藻中报道的相对较 少,它与鱼腥藻(Anabaena sp.)的相似性为 67.6%,而与一株聚球藻 (SyRechococcus Sp)的相似性为 30.l%,与另外一株聚球藻的相似性为 63.8%。


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