植物GPATs基因研究进展
基因芯片技术在植物基因克隆中的应用研究进展
ｔ ｎ ｉ ｔ ｒ ａ ｉｎ ｌ ｎ ｏ ｅ ｔ ， ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ａ ｙ ａ ｅ ｓ Ｗ ｅ ｏ ｔ ｎ ｓ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌｆ ａ ｒ ｎ ｈ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｄ ｄ ｍ ｓｉ ｗｉ ｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｍ ｎ ｒ ａ ． ｏ ｏ ａ ｃ ｕ ｌ ｅ ｈ ｏ ｃ ｐ ， ｅ ｈ ｉｄ ｅ ｔ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｕ ｍａｎ ｃ ａ ｓｆ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ｓｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｅ ｈ ｓｚ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｅ ｅ ｅ ｐ ｅ ｓｏ ， ｅ ｅ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｐ ｌ — ｉ ｌ ｓ ｉ ｃ ｔ ｆｇ ｎ ｈ ｐ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ， ｍｐ ａ ｉ ｅ ｄ ｔｃ ｉ ｆｇ ｎ ｘ ｒ ｓ ｉ ｎ ｇ ｎ ｔ ｔ ｎ ｏ ｙ ｉ ｏ ｈ ｏ ｏ ｍ ｏ ｐ ｉｍ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｇ ｎ ｍｅ ＤＮＡ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｅ ｏ ｉｓ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｅ ｅ ｉ ａｌ ｄ ｆ ｄ ｒ ｈ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ｆｔ ｅ ｏ ｈ ａ ａｙ ｉ，ｐ ｓ— ｎ ｍ ｃ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｄ ｔｃ ｉ ｆｇ ｎ ｔ ｌ ｍｏ ｉ ｅ ｇ ｏ ｃ ｙ ｉ ｃ ｏ ｓ ａ ｄ ｅ ｐ ａｎ ｉ ｒ ｂ ｅ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ． ｒ ｐ ， ｎ ｘ ｌ ｉ ｓｐ ｏ ｌ ｍｓａ ｄｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｔ Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｇｅ ｅｃ ｉ ｓ Ｇｅ ｅ ｃｏ ｉ ｇ Ｐ ａ ｔ ｙ ｒｓ ｎ ｈ ｐ ， ｎ ｌ ｎ ｎ ， ｌ ｎ
柑橘类植物和其它植物的GPAT和SOD基因分子进化分析
Ｍ ｏ ｅ ｕ ａ ｏｕ ｉｎ Ａｎ ｌｓｓｏ ｌｃ ｌｒ Ｅｖ ｌ ｔｏ ａｙ ｉ ｆＧＰＡＴ ｎ ＯＤ ｎ ｓ ａ ｄＳ Ｇｅ ｅ
ｉ ｔ ｕ ｎ ｈ ｒ Ｐ ａ ｔ ｎ Ｃｉｒ ｓ ａ ｄ ０ｔ ｅ ｌ ｎ ｓ
Ｗ Ｕ ，Ｌ Ｕ ｎ Ｂｏ Ｉ Ｙｏ ｇ
摘要： 甘油 一 磷酸 酰基 转移酶 （ Ｐ Ｔ 基 因和超氧化物歧化酶 （ Ｏ 基因是与植物抗寒 和抗 逆密切相关 的 ３一 ＧＡ ） Ｓ Ｄ）
２个基因 。为了研究柑橘类 植物之间以及 和其 它植 物之 间上述两基 因的分 子进化 的异 同 ， 已经获得 的数 种柑
橘类植 物的 Ｇ Ａ Ｐ Ｔ基 因、Ｏ Ｓ Ｄ基 因氨基酸序 列和通 过检索 Ｇ ｎ ａｋ数据库 获得 的相关 序列 为试验 数据 ， ｅＢ ｎ 使用
Ｐ Ｕ ４ ０软件 ， 过最 大简约法 ， Ａ Ｐ． 通 分别构建 Ｇ Ａ Ｐ Ｔ基因 、ｅ Ｍ Ｆ ／ ｎ—Ｓ Ｄ基 因、 ｕ Ｚ Ｏ Ｃ ／ ｎ—Ｓ Ｄ基 因和总 Ｓ Ｄ基 因的 Ｏ Ｏ
分子系统进 化树 。Ｇ Ａ Ｐ Ｔ基 因分子系统进化树分析结果表明 ， Ｐ Ｔ基 因在单子 叶和 双子叶植物 中的进化差异 ＧＡ 不大 ， 在柑橘类植物 中的进化差异较大 ；ｅ Ｍ Ｆ／ ｎ—Ｓ Ｄ基因分 子系统进 化树分 析结果 表明 ， 基 因分 子进化 与 Ｏ 该 植 物 自身的抗逆能力有密切关 系 ；ｕ Ｚ Ｃ ／ ｎ—Ｓ Ｄ基 因分子系统进化树分析结果 表 明， 基因在进 化上是相 当保 Ｏ 该 守的。总 Ｓ Ｄ基 因分子 系统进化树分析结果表 明，Ｏ Ｏ Ｓ Ｄ基 因的进化和聚类并不是 以植物 的科属 是否相 同或相 江 西农 Nhomakorabea 大 学学报
２ １ ，３ １ ：１ ２— １ ７ ０ １３ （ ）０ ６ ０ ６
植物GPATs基因研究进展
摘 要 ：甘 油一 ３ 一 磷 酸 酰基 转移酶（ Ｇ ｌ ｙ ｃ ｅ ｒ ｏ ｌ 一 ３ 一 ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ ａ ｃ ｙ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ａ ｓ ｅ ， Ｇ Ｐ Ａ Ｔ ） 是 三 酰甘油（ Ｔ ｒ ｉ ａ ｃ ｙ ｌ ｇ ｌ ｙ ｃ ｅ ｒ ｏ ｌ ， Ｔ Ａ Ｇ ） 生 物合 成 的限速酶 ， 催化 Ｔ Ａ Ｇ生物合 成 的起 始步骤 Ｇ Ｐ Ａ Ｔ ｓ 主要 负责将 脂肪酰基 从酰基． 酰基 载体 蛋 白（ ａ ｃ ｙ ｌ — Ａ Ｃ Ｐ ） 或 酰基辅 酶 Ａ （ ａ ｃ ｙ １ ． Ｃ ｏ Ａ ） 上 转移到 甘油． ３ ． 磷 酸的（ Ｇ ｌ ｙ ｃ ｅ ｒ ｏ １ ． ３ ． ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ ， Ｇ ３ Ｐ ） ｓ ｎ ． １ 位 置上。 有些成 员还具有 ｓ ｎ 一 ２
ｒ ａ ｔ ｅ － － ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｐ ｏ ｆ Ｔ ＡＧ ｂ ｉ ｏ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ｐ ａ ｔ ｈ ｗａ ｙ ．Ｓ ｏ ｍｅ ＧＰ Ａ Ｔ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｎ － － ２ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ． Ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＧＰ ＡＴ ｇ ｅ ｎ ｅ ｆ ａ ｍｉ ｌ ｙ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｅ ｓ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｓ ｕ ｂ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ＧＰ ＡＴ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ
筛选GPAT基因的酵母遗传互补体系的优化
筛选GPAT基因的酵母遗传互补体系的优化作者：陈丹丹刘宏波来源：《江苏农业科学》2019年第13期摘要：3-磷酸甘油酰基转移酶（glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT）是甘油脂生物合成途径中催化第1步酰化反应的关键酶，参与生物体的不同代谢途径，发挥着不同的生理功能。
本研究对已构建的GPAT基因酵母遗传互补筛选体系进行优化，通过替换酵母表达载体pYES2-Kan-yADH1 v1中ADH1启动子，增强目的基因的表达;同时，在酵母遗传转化后对菌株进行复苏培养，提高遗传转化效率，增加阳性菌落数目。
该体系的优化将进一步提高GPAT 酶的筛选效率。
关键词：3-磷酸甘油酰基转移酶;启动子;酵母;遗传互补中图分类号： Q344+.13;S188 ;文献标志码： A ;文章编号：1002-1302（2019）13-0064-03三酰甘油（triacylglyceride，TAG）是植物油脂的主要储存形式，其从头合成途径受3-磷酸甘油酰基转移酶（glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT）的催化，即将酰基辅酶A或酰基-ACP的酰基部分转移到3-磷酸甘油的sn-1位生成溶血磷脂酸[1]，这是甘油脂从头合成途径中的第1步限速反应。
因此，GPAT酶在细胞的基础代谢、植物的生长发育及油料作物的产量和品质改良等方面具有重要作用[1-3]。
然而，迄今为止，植物中究竟有多少不同的基因编码线粒体和细胞质中的GPAT酶还不清楚，主要原因是缺乏有效分离和鉴定GPAT基因的手段。
目前研究者常用的GPAT酶分析手段有2种，一种是利用放射性同位素标记的3-磷酸甘油来体外测定酶活性[4]，但这种方法操作不便，且不适用于GPAT基因的大规模研究;另一种是利用甘油营养缺陷型Escherichia coli plsB突变体的遗传互补来研究原核生物的GPAT酶[5-6]，然而该方法并不适用于真核生物的GPAT酶的筛选。
植物GPATs基因研究进展
植物GPAT s基因研究进展刘聪1,肖旦望1,施春霖1,胡学芳1,邬克彬1,官春云1,2,熊兴华1,2【摘要】摘要:甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油(Triacylglycerol,TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤。
GPATs主要负责将脂肪酰基从酰基-酰基载体蛋白(acyl-ACP)或酰基辅酶A(acyl-CoA)上转移到甘油-3-磷酸的(Glycerol-3-phosphate,G3P)sn-1位置上。
有些成员还具有sn-2酰基转移活性。
目前已经在多种植物中克隆得到了GPAT基因。
这些GPAT基因编码的酶主要分为三类,它们在细胞中分别定位于质体、线粒体和内质网上。
这些酶参与三酰甘油、几丁质和软木脂等多种脂质的生物合成,在植物的生长发育中发挥着非常重要的作用。
文章介绍了植物GPAT基因的染色体定位和基因结构以及GPAT酶的亚细胞定位、sn-2酰基转移特异性、GPAT酶的底物选择性及其生理功能的最新研究进展。
【期刊名称】遗传【年(卷),期】2013(035)012【总页数】8【关键词】关键词:GPAT基因;底物选择性;sn-2特异性;GPAT功能GPAT是三酰甘油生物合成的限速酶[1],主要将酰基从acyl-ACP或acyl-CoA(定位于质体的GPAT酶以acyl-ACP为酰基供体,定位于内质网和线粒体的GPAT酶以acyl-CoA为酰基供体)[2]转移到G3P的sn-1位置上形成溶血磷脂酸(Lysophosphatidic acid,LPA)[2～4]。
溶血磷脂酸和acyl-CoA在溶血磷脂酸酰基转移酶的作用下形成磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)[5]。
在磷脂酸磷酸酶的作用下,PA脱去磷酸基团形成二酰甘油(Diacylglycerol,DAG),经二酰甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase,DGAT)的催化作用产生三酰甘油[6]。
[重点]模式植物拟南芥遗传应用综述
![[重点]模式植物拟南芥遗传应用综述](https://img.taocdn.com/s3/m/c704036403768e9951e79b89680203d8ce2f6a71.png)
模式植物拟南芥遗传应用综述摘要：拟南芥作为一种比较经典的“模式植物”，在研究相关的其他生物的生命活动规律中，因其结构简单，相似性高，而表现出其他生物无法比拟的优越性，成为了科学家们最理想的研究对象。
本文分别从问题的提出、历史的发展、现状的分析和前景的预测四个方面对拟南芥在科学界的地位及作用进行了综合性的总结和叙述。
关键词：拟南芥；模式植物；遗传；应用一、前言纵观过去和现在，科学界对拟南芥的重视程度以及拟南芥在生物遗传学的地位有着巨大的差异。
尤其是近几年来，科学界对拟南芥的热衷程度日渐加深，完全不同于90年代以前的冷淡。
而且现在的科学家们对于拟南芥的研究方向是各种各样的，越来越广泛。
本文就是对拟南芥在不同研究课题下所起的作用、在遗传应用上所表现的优越性进行一个总结性的综述，探讨产生此种现象的原因，从而得出此种作物在生物学上的大致研究方向，并作出相应的前景预测，让我们对它的研究潜力进行进一步的挖掘，让它的贡献更大化。
此外，也希望通过本文，让大家对拟南芥在过去和现在的发展有一个更加清楚的了解，把握住大致的脉络，并对今后的研究提供相应的指导和帮助。
二、历史的发展：虽然孟德尔以豌豆为实验材料开创了现代遗传学, 后来麦克林托克又研究了玉米, 发现了惊人的“跳跃基因”, 但总的来说, 这些植物都不是研究分子遗传学的良好材料。
高等植物通常需要较大的种植面积, 特殊的条件, 而且繁殖周期长。
更糟的是, 植物的基因组通常都很大（例如, 玉米的基因组比果蝇的大两个数量级）, 使人们难以分离到特定的基因[1]。
因此, 虽然K’Roberts早就认为植物是研究发育的良好系统,但迄今为止, 在研究植物的细胞分化和形态发生等方面一直进展迟缓。
长期以来, 分子生物学家们一直希望能在植物中找到象动物中的黑腹果蝇(Drosophila me-lanogaster)那样繁殖快, 易于在实验室中培养,并能用分子生物学和遗传学技术进行广泛研究的实验材料,以便从根本上改变植物遗传学研究的长期落后状况。
猪GPAT基因SNPs位点分析和表达规律的研究
被克隆出来 。本研究对民猪 Ｇ Ａ 基 因进行 了克隆 ＰＴ
测 序 ，并 通 过 Ｐ Ｒ Ｓ Ｃ Ｃ — Ｓ Ｐ的 方法 对 Ｇ Ａ Ｐ Ｔ基 因在 民
作者简介 ：杨俊静（ ８一，女 ， １ ４） ９ 硕士研究生 ． 研究方 向为动物遗传育种与繁殖 。Ｅ ｍ ｉｊｎ ｎ－ ８＠１３ｃｍ － ａ： ｊｇ １ｌ ６ ．ｏ ｌｕ ｉ
肌 苷 酸 （ｎ ｓ ｅｍｏ ｏ ｈ ｓｈ ｔ，Ｉ ） Ｉｏｉ ｎ ｐ ｏｐ ａｅ ＭＰ 、氨 基 酸 （ ｎ 谷
呤合成的第一 步反应 ，是影响肌苷酸生成的 、决定
肉质性 状 的候 选基 因 。猪 Ｇ Ａ 基 因位 于 ２ 染色 ＰＴ 号 体 上 ，Ｄ Ａ序 列 全 长 ６ ６ ｐ Ｎ ，７ ３ｂ ，包 含 ２ 个 外 显 ８ １ 子 ，编 码 ８６ 氨 基 酸 。先后 在 人 、 鼠 、鸡 ２个 ’ 上
种 组 织 的 总 Ｒ Ａ，利 用 １ ％变 性 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 Ｎ ． ４
１ 材料 与方 法
１１ 材 料 ．
检 测 总 Ｒ Ａ 的 质 量 ， 按 照 Ｔ Ｋ Ｒ 公 司 生 产 的 Ｎ ａａａ
Ｐｉ ｅ ｃｉｔ Ｔｒａ ｅ ｉ 剂盒 说 明书 方 法将 Ｒ Ａ ｒ Ｓ ｒ ｇｎＫｔ ｍ ｐＲ ｅ 试 Ｎ 反转 录成 ｃ Ｎ Ｄ Ａ。
１２ 方 法 ．
根据 Ｇ ｎ ａｋ 发 表 的猪 Ｇ Ａ 基 因的 Ｄ Ａ序 ｅＢ ｎ 上 ＰＴ Ｎ 列 （ Ｍ一０ ９ ７７ ．） 计 引 物 ，分 别 对 第 １ 显 Ｘ ０ １２８ ５１ 设 外
子 、第 ９ 显 子 、第 １ 显 子 和第 １ 外 显 子 进 行 外 ４外 ８ 扩 增 和 多 态性 分 析 ；根据 Ｇ ＡＴ 因 的 ｍＲ Ａ序 列 Ｐ 基 Ｎ 设 计 Ｒ ａ ｔ Ｃ ｅｌ ｉ Ｐ Ｒ扩 增 引物 Ｃ 、Ｃ ，引物 的相关 — ｍｅ １ ２
基因芯片技术在植物中的应用研究进展
芯片上的生物分子间杂交反应是芯片检测关键的一步。 选择最佳反应条件，以减少生物分子间的错配率，从而获得 最能反映生物本质的信号。影响杂交双链形成的因素包括靶 标浓度、探针浓度、杂交双方的序列组成、盐浓度及温度等。
３．４信号检测与结果分析
荧光标记检测法常用的扫描仪有激光共聚扫描仪和 电荷偶联装置扫描仪。电荷偶联装置扫描仪扫描速度快、 不需要移动Ｘ—Ｙ二维平台，而且价格便宜，但其灵敏度较 低。激光共聚扫描仪具有快速传输高质量图象与数据的 特性，且灵敏度高，是较理想的检测工具。 ４基因芯片技术在植物中的应用
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广东农业科学２０１３年第８期
基因芯片技术在植物中的应用研究进展
刘思言１，沈铖武２，王丕武３
（１．吉林农业大学生命科学学院，吉林长春 吉林长春 １３０１１８；２．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， １３００３３；３．吉林农业大学农学院，吉林长春１３０１１８）
摘要：基因芯片又称ＤＮＡ芯片或生物芯片，是以预先设计好的方式将大量的生物信息密码固定在固相载体上组成的密集 分子阵列，基因芯片的原型是２０世纪８０年代中期提出的，是随着人类基因组计划的进展而发展起来的具有广阔应用前景的生物 技术之一。简述了基因芯片技术的定义、原理、分类、基因芯片的制作流程以及基因芯片技术在植物研究中各个方面的应用，并对 未来的发展前景进行了展望。 关键词：基因芯片：植物；应用 中图分类号：Ｑ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—８７４Ｘ（２０１３）０８—０１３６—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｇｅｎｅ ｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｌａｎｔｓ
ＬＩＵ Ｓｉ—ｙａｎｌ．ＳＨＥＮ
Ｃｈｅｎｇ－ｗｕ２，ＷＡＮＧ
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植物GPATs基因研究进展刘聪;肖旦望;施春霖;胡学芳;邬克彬;官春云;熊兴华【摘要】甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油(Triacylglycerol,TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤.GPATs主要负责将脂肪酰基从酰基-酰基载体蛋白(acyl-ACP)或酰基辅酶A(acyl-CoA)上转移到甘油-3-磷酸的(Glycerol-3-phosphate,G3P) sn-1位置上.有些成员还具有sn-2酰基转移活性.目前已经在多种植物中克隆得到了GPAT基因.这些GPAT基因编码的酶主要分为三类,它们在细胞中分别定位于质体、线粒体和内质网上.这些酶参与三酰甘油、几丁质和软木脂等多种脂质的生物合成,在植物的生长发育中发挥着非常重要的作用.文章介绍了植物GPAT基因的染色体定位和基因结构以及GPAT酶的亚细胞定位、sn-2酰基转移特异性、GPAT酶的底物选择性及其生理功能的最新研究进展.【期刊名称】《遗传》【年(卷),期】2013(035)012【总页数】8页(P1352-1359)【关键词】GPAT基因;底物选择性;sn-2特异性;GPAT功能【作者】刘聪;肖旦望;施春霖;胡学芳;邬克彬;官春云;熊兴华【作者单位】湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学国家油料改良中心湖南分中心,长沙410128;湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室,长沙410128;湖南农业大学国家油料改良中心湖南分中心,长沙410128【正文语种】中文GPAT是三酰甘油生物合成的限速酶[1],主要将酰基从acyl-ACP或acyl-CoA(定位于质体的GPAT酶以acyl-ACP为酰基供体,定位于内质网和线粒体的GPAT酶以acyl-CoA为酰基供体)[2]转移到G3P的sn-1位置上形成溶血磷脂酸(Lysophosphatidic acid,LPA)[2～4]。
溶血磷脂酸和acyl-CoA在溶血磷脂酸酰基转移酶的作用下形成磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)[5]。
在磷脂酸磷酸酶的作用下,PA脱去磷酸基团形成二酰甘油(Diacylglycerol,DAG),经二酰甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase,DGAT)的催化作用产生三酰甘油[6]。
三酰甘油可作为一种终产物在植物的特定组织中储存,亦可作为软木脂、几丁质,脂蛋白等生物合成的底物。
研究表明GPAT酶不仅参与TAG生物合成的起始步骤,而且具有磷酸酶活性[7,8]。
此外,GPAT家族中有些成员具有酰基转移sn-2位点特异性[7,8]。
1 植物GPAT基因家族成员GPAT基因已经在多种植物如拟南芥(Arabi dopsis thaliana)[9～12]、豌豆(Pisum sativum)南瓜(Cucurbita moschata)[13～15]、菠菜(Spinacia oleracea)[16,17]、番茄(Lycopersicum esculentum)[18]、蓝蓟(Echium vulgare)[19]、油桐(Jatropha curcas)[20]、向日葵(Helianthus annuus)[21]、水稻(Oryza Sativa)[22]和阔叶独行菜(Lepidium latifolium)[1]中被克隆。
目前已知拟南芥中有10个GPAT基因家族成员,分别命名为 ATS1、AtGPAT1、AtGPAT2、AtGPAT3、AtGPAT4、AtGPAT5、AtGPAT6、AtGPAT7、AtGPAT8 和 AtGPAT9。
根据酶的亚细胞定位不同可将拟南芥GPAT基因家族成员分为3类,分别为质体GPAT(ATS1)[8]、线粒体 GPAT(AtGPAT1/2/3)[12]和内质网 GPAT(AtGPAT4/5/6/7/8/9)[9,10]。
从GenBank中搜索到拟南芥、甘蓝型油菜、菠菜、红花和人类的GPATs氨基酸序列并进行系统进化树分析(图1),可以看出定位于质体的ATS1酶与菠菜SoGPAT和红花的质体CtpGPAT蛋白归为一类;定位于拟南芥线粒体的AtGPAT1、AtGPAT2和AtGPAT3属于同一个分支;AtGPAT4/5/6/7/8相似度较高,在进化距离上较近;AtGPAT9与定位于人类线粒体的HsGPAT更接近。
根据系统进化树,推测定位于质体的ATS1首先从家族中分化出来,其次是AtGPAT9,再次是定位于线粒体的AtGPAT1/2/3,最后是AtGPAT5/7,AtGPAT4/6/8可能是与祖先基因最接近的成员。
图1 GPATs氨基酸序列进化树应用mega5.0 ClustalW对拟南芥GPAT基因家族成员ATS1～AtGPAT9、甘蓝型油菜BnGPAT4和BnGPAT6、红花CtpGPAT、菠菜SoGPAT和人类HsGPAT的多肽序列进行系统进化树分析。
通过对拟南芥的GPAT蛋白保守结构域查找(/ Structure/ lexington/lexington.cgi?cmd=rps)和比较发现,拟南芥GPAT基因家族中每个成员都具有酰基转移酶活性结构域,AtGPAT4/6/8具有类似卤酸脱卤酶(Haloacid dehalogenase-like hydrolase,HAD-like)结构域。
对酰基转移酶活性位点进行比较,发现拟南芥GPATs都拥有非常保守的motifⅠ-HXXXXD。
其中GPAT1/2/3的motifⅠ完全一样,GPAT4-GPAT8的motifⅠ基本一致,ATS1和AtGPAT9与其他成员的motifⅠ差别较大。
此外,ATS1拥有4个motifs,而家族中其他成员只有3个。
从拟南芥GPATs motifs的比较(表1)可以看出,AtGPAT1-8的motifⅡ/Ⅲ非常保守,而ATS1和AtGPAT9的motifⅡ/Ⅲ与其他成员的差别很大。
2 拟南芥GPAT基因结构及染色体定位拟南芥GPAT基因家族中10个成员的大小和结构不尽相同(表2)。
其基因组DNA 长度分别为2 779 bp、1 898 bp、2 243 bp、2 114 bp、2 306 bp、1 768 bp、2 549 bp、1 617 bp、2 423 bp和2 382 bp,其编码区长度分别为 1 380 bp、1 758 bp、1 593 bp、1 563 bp、1 512 bp、1 509 bp、1 506 bp、1 503 bp、1 503 bp、和1 131 bp,分别编码459、585、530、520、503、502、501、500、500和 376个氨基酸。
ATS1和AtGPAT9基因均有12个外显子和11个内含子,AtGPAT1、AtGPAT2、AtGPAT3、AtGPAT5、AtGPAT6 和 AtGPAAT7基因只有2个外显子和1个内含子,AtGPAT4和AtGPAT8基因均有4个外显子和3个内含子。
10个GPAT基因的内含子和外显子的具体位置如图2所示。
表1 拟南芥GPATs的motifs和活性位点注：表中带□的残基为溶血磷脂酰基转移酶(Lysophospholipid acyltransferase,LPLAT)超家族所必须的残基,灰色背景的残基为拟南芥各GPATs的活性位点,各成员活性位点的具体位置分别为：ATS1(229,232,234,258～261,283～284,323～325,327),AtGPAT1(403,406,408,427～430,468～470),AtGPAT2(339,342,344,364～367,405～407),AtGPAT3(334,337,339,359～362,400～402),AtGPAT4(311,314,316,335～338,376～378),AtGPAT5(300,303,305,324～327,365～367),AtGPAT6(313,316,318,337～340,378～380),AtGPAT7(298,301,303,322～325,363～365),AtGPAT8(310,313,315,334～337,375～377),AtGPAT9(171,174,176,190～193,246～248)。
P AtGPAT1蛋白MotifⅠ MotifⅡ MotifⅢ MotifⅣATS1QSV拟南芥GPAT基因家族成员遍布5条染色体(表2)。
ATS1、AtGPAT1、AtGPAT2和AtGPAT4位于拟南芥1号染色体上;AtGPAT5和AtGPAT6分别位于3号染色体和2号染色体上;AtGPAT3和AtGPAT8位于4号染色体上;AtGAPT7和AtGPAT9位于5号染色体上。
3 酰基转移sn-2位特异性为了区分GPAT酶的区域特异性,生化分子生物学国际联合酶学命名委员会为sn-2特异性GPAT酶指定了一个新的EC编号——EC2.3.1.198。
最初研究发现GPAT酶只具有将Acyl-CoA的酰基转移到G3P的sn-1号位上形成LPA[2,3,10,23,24]。
最近研究表明,GPAT酶能将Acyl-CoA的酰基转移到G3P的sn-2位置上,产生sn-2 LPA或sn-2-单酰甘油(sn-2 monoacylglycerol sn-2 MAG)[7,8]。
目前,具有这一特性的GPAT酶只在陆生植物中被发现。
因此,这一类酶又命名为陆生植物特异性GPATs。
AtGPAT1-8都可能具有sn-2酰基转移活性,其中AtGPAT1、AtGPAT5、AtGPAT7酶促反应产物主要为sn-2 LPA;AtGPAT4、AtGPAT6、AtGPAT8的产物则主要是sn-2 MAG,这是AtGPAT4/6/8具有磷酸酶活性的缘故。
虽然没有直接的证据证明AtGPAT2和AtGPAT3是否有sn-2酰基转移活性,但通过蛋白质结构模型和活性位点序列比对预测AtGPAT2和AtGPAT3也有sn-2酰基转移特性[7,8]。
由于sn-2产物比sn-1产物的热力学稳定性低,因此,植物体内sn-1酰基产物比sn-2产物多3倍。
至于sn-2区域特异性生物合成是否能够赋予聚酯独特的性能优势？或者sn-2单体能为聚酯提供识别信号使其进入特定的运输途径或聚集场所？或者仅仅是因为与sn-1酰基化合物不同而进入不同的代谢途径？这些问题都有待于进一步通过生物化学和细胞生物学研究来解答。