近零磁场对拟南芥生长发育影响初探及趋磁细菌(Magnetospirillum magneticum)铁还原酶基因MmFre的克隆和功能分析

摘要

地磁场伴随着生命的起源、发生和进化，地球上的一切生命无时无刻不处于地球磁场中。地球自诞生以来，地磁场的强度一直在细微变化，但地磁场强度减弱会对植物产生什么样的直接影响尚知之甚少。随着对太空探索的不断发展，人类越来越需要了解处于零磁场环境的太空中生物的适应性。近零磁场是地磁场的恒定组分降低为零或者接近零的空间。本论文利用近零磁场环境探索了地磁场减弱对拟南芥整个生长周期的影响，开展了近零磁场下拟南芥短期生长试验，主要包括种子的萌发、暗培养、根生长、幼苗鲜重和根向重性分析，以及对近零磁场下拟南芥整个生长周期的表型进行了观察统计分析。结果发现(1)无论在光照还是暗培养的环境中，近零磁场对拟南芥种子的萌发、幼苗根的伸长、鲜重变化以及根向重性等的影响较小。(2)对拟南芥整个生长周期过程中表型变化进行的观察和统计分析发现：近零磁场环境中，拟南芥可以完成正常的生活史；但植株开花时间推迟、开花持续时间延长、枝条数减少、植株高度受到了抑制，种子千粒重降低。表明近零磁场对拟南芥营养生长的影响较小，而对生殖生长的影响较明显，暗示地磁场作为环境因子可能参与影响植物的生殖生长。
　　 趋磁细菌(Magnetospirillum magneticum)是一种可以沿磁力线方向运动的特殊的细菌，其胞内铁含量是菌体干重的3％，是非磁性细菌的数百倍，其中的铁主要以Fe3O4/Fe3S4形式存在于磁小体(magnetosome)中。趋磁细菌主要通过分泌转铁载体吸收环境中的三价铁。在磁小体合成过程中，三价铁还原为二价是一个必需的过程，因而铁还原酶在趋磁细菌的铁还原过程中可能起着重要的作用。我们以趋磁细菌AMB-1为材料，克隆了预测的铁还原酶基因，命名为MmFre，并在内源铁还原酶活性较低的酵母突变株S288C△fre1△fre2中进行异源超表达，对其铁还原活性进行了初步分析；同时结合GFP融合蛋白技术对该基因的表达产物进行了酵母的亚细胞定位。结果表明：(1)利用生物信息学分析发现，MmFre基因编码区含有1335 bp，编码444个氨基酸残基；氨基酸序列中含有一个FAD结合位点，并具有6个跨膜结构域；(2)该基因在酵母表达后利用酵母活体进行酶活性检测发现，其铁还原酶活性是对照组的4倍，暗示该基因在真核生物中的表达产物可以执行铁还原的功能;(3)利用激光共聚焦显微镜观察发现该基因的表达产物与GFP构成的融合蛋白广泛的定位在细胞的膜上。因而，MmFre基因的表达产物确实具有铁还原酶活性，且没有膜特异性分布，其对趋磁细菌磁小体生物合成中铁的还原可能起着重要作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩写词英汉对照

声明

第一部分 近零磁场对拟南芥生长发育影响初探

1.前言

1.1磁场对生命的影响

1.2磁场对生物影响可能的机制

1.3本研究的依据及意义

1.4技术路线

2材料与方法

2.1近零磁场空间

2.2实验材料

2.3实验方法

3结果与分析

3.1植物培养近零磁场条件的实现

3.2平皿培养实验

3.3盆栽种植实验

4讨论

5小结

第二部分 趋磁细菌M. magneticum AMB-1铁还原酶基因MmFre的克隆及功能分析

1前言

1.1铁对生物体的重要作用

1.2缺铁胁迫下植物吸收利用铁的机理

1.3铁(螯合物)还原酶研究进展

1.4铁(螯合物)还原酶的转基因研究

1.5本研究的依据及意义

1.6技术路线

2材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3结果与分析

3.1趋磁细菌基因组的生物信息学分析

3.2铁还原酶amb3335的生物信息学分析

3.3酵母表达载体的构建

3.4酵母转化子的鉴定

3.4转化子铁还原酶活性测定

3.5 MmFre在酵母中的亚细胞定位

4讨论

5小结

结论

展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表论文与研究成果