拟南芥基因功能研究最新进展

　　

生物通报道：拟南芥被科学家誉为“植物中的果蝇”，这是因为这种植物是进行遗传学研究的好材料，为什么这么说呢，原因有二，一是由于拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的；另外就是拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。

近年来有关拟南芥基因功能研究成果层出不穷，其中一个热点就是蛋白激酶，来自湖南大学生命科学与技术研究院的研究人员利用RT-PCR方法从拟南芥中分离了1个CK基因家族成员CK1A，并通过酵母双杂交等实验发现CK1A基因可能参与拟南芥的蓝光信号传导途径。

蛋白质磷酸化是生物体内蛋白质功能调节的重要方式。在细胞内, 蛋白质的磷酸化是由多种蛋白质激酶参与, 它控制着细胞的生长、代谢和分化。酪蛋白激酶(Casein kinase, CK)是广泛存在于真核生物的丝/苏氨酸蛋白激酶, 包括CK1 和CK2 两大亚类。

近年来, 在高等动物中有关CK 基因的研究有过一些报道, 但在高等植物中对CK1 的性质及作用的研究不多, 对它们在植物中的生理功能所知甚少。以前在拟南芥基因组中搜索到21个可能的CK1 家族成员, 其中有6个CK1基因的cDNA 克隆被分离到, 对它们的磷酸化作用等进行了初步描述。目前, 关于拟南芥CK1基因家族成员在植物体内确切的生理功能的研究尚不多见。

在这篇文章中，研究人员利用RT-PCR方法从拟南芥中分离了1个CK基因家族成员CK1A, 该基因的ORF全长2 112 bp, 编码一条703个氨基酸残基的多肽。构建了CK1A基因的植物表达载体35S: GFP: CK1A, 采用基因枪法进行的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明, 荧光信号主要分布在细胞核上, 显示CK1A基因的产物可能在细胞核上发挥作用。半定量RT-PCR分析表明: CK1A基因在花中表达量最大, 其次是茎和根, 在叶和叶柄中表达量较弱。蓝光使CK1A基因的表达升高, 12 h时表达量明显增加, 24 h时表达量下降。酵母双杂交结果显示CK1A蛋白在蓝光下能与CRY2蛋白发生相互作用, 暗示CK1A基因可能参与拟南芥的蓝光信号传导途径。

蓝光受体隐花色素CRY(包含CRY1 和CRY2)在植物、动物和昆虫生长发育过程中发挥极其重要的作用。这项研究发现蓝光诱导CK1A 基因的表达,并出现一定的周期性, 因此, CK1A 可能在拟南芥生长发育中参与蓝光信号传导通路。在拟南芥里CRY 调控光形态建成、开花时间和生物钟。这些对于进一步研究拟南芥的蓝光信号传导途径具有重要的意义。

（生物通：万纹）

附：

郭新红 女，博士，教授，硕士生导师。“985工程”科技创新团队成员，湖南省普通高校优秀青年骨干教师培养对象。2001年获湖南师范大学理学硕士学位；2004年获湖南师范大学理学博士学位；2008-2009年美国哈佛大学博士后。2005年1月到湖南大学参加工作，任讲师；2006年，湖南大学副教授；2008年至今，湖南大学教授。主要从事细胞信号转导、分子与发育生物学等方面的研究。负责并参与了国家级、省部级及美国NIH等的科研项目20余项，其中，主持国家自然科学基金项目2项、美国NCR项目1项、省教育厅项目1项、校自然科学基金重点项目1项等；作为科研骨干参与国家自然科学基金重点项目、美国NIH项目、中美国际重大合作项目、国家863项目、国家转基因生物新品种培育重大专项等多项课题的研究。另外，主持校级精品课程建设项目1项。在《Genetics》等国内外知名学术刊物上发表论文62篇，其中第一作者或通信作者论文41篇, SCI、EI收录论文23篇。曾获湖南大学优秀教师奖、湖南省优秀硕士学位论文奖、湖南省自然科学一等优秀学术论文奖、湖南省科技论坛一等优秀学术论文奖、湖南省植物学会一等优秀学术论文奖、校杨树达科技创新一等奖、高校麓山论坛学术优秀奖、校优秀研究生、校优秀研究生干部、校优秀毕业研究生等奖励。主讲本科生《细胞生物学》、《普通生物学》、《生命科学导论》、《生命科学前言》及研究生《细胞工程与分子克隆》、《分子遗传学》、《生命科学进展专题》等课程。