衣藻CrFtsZ1和水稻OsFtsZ1基因的克隆及其蛋白质结构的预测、比较和进化分析

摘要

前人已对原核生物中FtsZ在结构功能、表达调控等方面作了细致深入的研究,该文选取了单细胞绿藻衣藻和禾本科植物水稻的FtsZ蛋白进行研究对比,试图寻找FtsZ蛋白是如何由低等藻类过渡到高等植物界的线索.首先利用RT-PCR技术克隆了已发表的唯一一个水稻OsFtsZ1基因.又将生物信息学技术同实验技术相结合,针对FtsZ保守区设计引物扩增出一条衣藻FtsZ片段,进行EST搜索、比对、拼接,最终克隆出新基因CrFtsZ1;连同本试验室曾经获得的另一个衣藻CrFtsZ2基因进行蛋白质的一、二、三、四级结构预测、分析及比较寻找进化线索,建立了FtsZ蛋白的氨基酸进化树作进一步的进化定位.实验发现OsFtsZ1与CrFtsZ1同使用Frame2进行翻译;三种FtsZ蛋白的二级结构均以α-螺旋、延伸直带、自由卷曲构成,特异螺旋的出现位置保守且FtsZ1比FtsZ2复杂,水稻比衣藻的FtsZ复杂;FtsZ蛋白不是跨膜蛋白,但FtsZ蛋白两家族间的定位差异比种间差异显著;FtsZ1蛋白具有肽序列而FtsZ2没有;三种蛋白的三级结构预测差异不明显,但与tubulin蛋白存在一定的空间结构相似性;四级结构中:FtsZ蛋白都存在tubulin结构域、FtsZ1/2保守序列、低复杂区;其中衣藻CrFtsZ具有物种特异的低复杂区:Ala富含区,依藻比水稻FtsZ的低复杂区要多.同时发现衣藻CrFtsZ1N-末端导肽后有一段特异的自由卷曲序列约50aa可能与衣藻叶绿体的特异性有关.因此分别就蛋白质的四级结构而言,水稻的FtsZ蛋白比衣藻的要复杂.进化分析推测:FtsZ确实存在一个进化过程,在真细菌以后的物种中分化为两大蛋白家族.细菌界种间FtsZ的差异远大于FtsZ家族之间的差异,但在植物界则是蛋白家族差异大于种间差向专一功能方向进化,既由控制细菌的全细胞分裂到仅控制叶绿体的分裂.

目录

摘要

ABSTRACT

第一部分结论

一、FtsZ蛋白与ftsZ基因

二、FtsZ蛋白的作用模式及功能特征

三、原核细胞ftsZ基因的表达调控

四、FtsZ的系统进化

第二部分材料与方法

一、水稻和衣藻的培养

二、衣藻和水稻ftsZ基因的克隆与鉴定方法

三、水稻与衣藻FtsZ蛋白结构与功能预测及比较：

四、水稻与衣藻FtsZ蛋白的进化分析

第三部分结果分析及讨论

结果一、衣藻同步化培养的生长曲线及生长率

结果二、衣藻和水稻ftsZ基因的克隆与鉴定

结果三、水稻与衣藻FtsZ蛋白结构与功能的预测及比较

结果四、水稻与衣藻FtsZ蛋白的进化分析

第四部分总结与展望

参考文献

附录

致谢