楊樹幾丁質酶基因家族抗病原真菌的作用機制研究

《楊樹幾丁質酶基因家族抗病原真菌的作用機制研究》是依託北京林業大學，由楊志靈擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：楊樹幾丁質酶基因家族抗病原真菌的作用機制研究
• 依託單位：北京林業大學
• 項目負責人：楊志靈
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

幾丁質是真菌細胞壁的重要成分，植物中並不含有幾丁質，但植物中卻含有能夠催化幾丁質水解的幾丁質酶，並且由大型基因家族所編碼。植物為何需要如此眾多的幾丁質酶基因？這些基因的功能是否有分化？分化的機制是什麼？為了回答這一系列問題，本課題以模式林木植物楊樹為研究材料，綜合基因序列、基因表達模式和蛋白質生化功能分析，研究楊樹幾丁質酶基因家族回響病原真菌的模式、基因家族成員的蛋白質功能、以及成員間的功能差異，闡明楊樹幾丁質酶基因家族抗病原真菌的作用機制，從而逐步揭示林木大型抗病基因家族的功能分化模式和分化機制。

結題摘要

幾丁質酶基因家族在植物抗病原真菌過程中發揮重要作用。本課題以模式林木植物楊樹為研究材料，在“基因序列—基因表達—蛋白質功能”層次上，研究楊樹幾丁質酶基因家族的進化模式、回響脅迫的模式和蛋白質催化功能。本研究從楊樹全基因組中挖掘到48個全長几丁質酶基因，系統發生關係分析將這些基因歸為四種類型（I, II, III和IV）。蛋白結構域分析發現不同幾丁質酶類型具有不同的結構域組成。類型I和II只含有糖苷水解酶18（GH18）結構域。部分類型III幾丁質酶除含有GH18結構域外，還含有蛋白激酶結構域。類型IV中大部分幾丁質酶均含有幾丁質結合結構域和糖苷水解酶19（GH19）結構域。基因組定位分析發現在48個楊樹幾丁質酶基因中，37個在染色體上成簇分布，表明串聯重複在楊樹幾丁質酶基因家族的擴張中發揮重要作用。選擇壓力分析發現楊樹四種類型幾丁質酶基因均受到純化選擇壓力。利用反轉錄PCR進行的基因表達模式分析發現楊樹幾丁質酶基因家族的表達模式發生了廣泛的分化。18個楊樹幾丁質酶基因在所有的樣品中均表達，5個在任何組織中均未檢測到表達，而另外25個基因只在某些組織或者受到某種脅迫條件下表達。酶學活性分析發現楊樹幾丁質酶類型I, II和IV均對幾丁質和幾丁聚糖有活性，但對底物的偏好不同。蛋白序列分析發現部分類型III楊樹幾丁質酶缺乏催化所必須的活性位點，預示這些蛋白不能執行催化幾丁質水解的功能，它們可能在感受並傳遞真菌侵染信號方面發揮作用。綜合基因序列特徵、分子進化、基因表達模式和蛋白質生化功能分析，本研究揭示了楊樹幾丁質酶基因家族的分化模式和分化機制，發現楊樹幾丁質酶基因家族廣泛回響生物脅迫。本論文的研究結果對理解楊樹抗病原真菌的分子機制具有重要的理論意義。