植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)培訓(xùn)課件

植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)第一章植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控1.基因的結(jié)構(gòu)1.15’上游區(qū)1.25’非翻譯區(qū)1.3編碼區(qū)1.43’非翻譯區(qū)2.基因的表達(dá)調(diào)控2.1器官與組織專一性表達(dá)的基因2.2受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因2.3基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)理2植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.基因的結(jié)構(gòu)1.15’上游區(qū)1.25’非翻譯區(qū)1.3編碼區(qū)1.43’非翻譯區(qū)3植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)克隆植物中核基因的方法在研究一個(gè)基因的結(jié)構(gòu)之前，先要克隆到這個(gè)基因。目前常用來(lái)克隆植物中編碼蛋白質(zhì)的核基因的方法大致有以下幾種：①根據(jù)蛋白質(zhì)中所測(cè)出的部分氨基酸順序，合成一段與之相對(duì)應(yīng)的由三聯(lián)密碼組成的寡核苷酸，以此寡核苷酸為探針，從該植物的基因組文庫(kù)與cDNA文庫(kù)中分別釣出編碼此蛋白質(zhì)的基因與cDNA克隆。

4植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)②根據(jù)蛋白質(zhì)中所測(cè)出的氨基酸順序，合成一對(duì)或數(shù)對(duì)用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)的引物，以植物總DNA為模板，擴(kuò)增或分段擴(kuò)增出所要克隆的基因或基因片段、再以此DNA片段為探針，從基因組文庫(kù)與cDNA文庫(kù)中分別釣出編碼此蛋白的基因與cDNA克隆?？寺≈参镏泻嘶虻姆椒?植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)克隆植物中核基因的方法③如果基因的產(chǎn)物不明確或蛋白質(zhì)不易提純而無(wú)法測(cè)序，但是知道該基因突變后所出現(xiàn)的表型改變，則可用轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法來(lái)分離基因，該法是利用轉(zhuǎn)座子在染色體上能夠移動(dòng)的特性，分離出由于轉(zhuǎn)座因子插入而造成該基因表型改變的突變株，構(gòu)建突變株的基因組文庫(kù)，以轉(zhuǎn)座子作探針，從文庫(kù)中釣出能與轉(zhuǎn)座子探針雜交的陽(yáng)性克隆。然后以該克隆中轉(zhuǎn)座子的旁鄰順序?yàn)樘结槪瑥囊吧椭参锏幕蚪M文庫(kù)中釣出雜交陽(yáng)性的克隆，這就有可能得到所要克隆的基因。也有用農(nóng)桿菌中的T－DNA作插入突變來(lái)克隆基因的，原理相同。6植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)克隆植物中核基因的方法④現(xiàn)在已有許多植物如水稻、番茄與擬南芥等的限制片段長(zhǎng)度多態(tài)性圖譜〔RFLP）被建立，因此可利用這種圖譜，通過(guò)共分離分析找出與所要克隆基因有緊密連鎖關(guān)系的分子標(biāo)記，然后利用染色體步行或染色體著陸(chromosomelanding)策略，找到所要克隆的基因。7植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)克隆植物中核基因的方法⑤如果有該基因的突變株或該基因受某種因素誘導(dǎo)表達(dá)，則可利用mRNA的差異顯示法或減法克隆策略找到所要克隆的基因。除以上幾種方法外，也有人用其他生物中已被克隆的同源基因的順序作探針或據(jù)此合成引物，從所研究的植物中克隆出同源的基因。在克隆到基因與cDNA后，即可對(duì)它們進(jìn)行測(cè)序，并將基因的全順序與相應(yīng)的cDNA順序作比較，就可以初步了解該基因結(jié)構(gòu)的概況，如基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置，內(nèi)含子的數(shù)目、位置及其長(zhǎng)度，終止密碼子與加po1yA信號(hào)的位置等。通過(guò)基因的cDNA克隆在細(xì)菌細(xì)胞中的高表達(dá)，以純化出它所編碼的蛋白質(zhì)，在測(cè)出該蛋白質(zhì)氨基端的部分氨基酸順序后，即可確定基因的翻譯起始密碼子，并推測(cè)出基因所編碼蛋白質(zhì)中的氨基酸順序與蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量Mr。8植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)近年來(lái)，很多科學(xué)家對(duì)植物基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明它們與其他真核基因的結(jié)構(gòu)很相似。下面將他們對(duì)植物基因中4個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果簡(jiǎn)述如下：回1之目錄9植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.15’上游區(qū)這是指基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5’端上游包括啟動(dòng)子在內(nèi)的一段很長(zhǎng)的區(qū)域，其中包含著與基因轉(zhuǎn)錄起始與表達(dá)調(diào)控有關(guān)的許多元件。這個(gè)區(qū)域在結(jié)構(gòu)上有以下幾點(diǎn)值得注意。（1）轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（2）TATAbox、CAATbox（3）順式作用元件10植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)Joshi曾比較了79個(gè)高等植物基因啟動(dòng)區(qū)的DNA順序，推衍出在基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近的一致順序(consensussequence)是CTCATCA。當(dāng)中的一個(gè)A是轉(zhuǎn)錄起始的核苷酸，一般都將此核苷酸編號(hào)為+1位。轉(zhuǎn)錄本中的核苷酸位置均以正數(shù)表示，而A的5’上游區(qū)非轉(zhuǎn)錄核苷酸則以負(fù)數(shù)表示，A的兩邊通常是嘧啶核苷酸。11植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（2）TATAbox、CAATboxJoshi的總結(jié)中還指出，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游－32±7核苷酸對(duì)(bp)處有一段一致順序TCACTATATAG，簡(jiǎn)稱為TATAbox，這些順序?qū)NA聚合酶Ⅱ準(zhǔn)確地使基因起始轉(zhuǎn)錄是必需的。在TATAbox上游-75bp附近常有一致順序GC(T／C)CAATCT，簡(jiǎn)稱CAATbox．這些順序有增強(qiáng)基因特錄的作用。在有些植物基因中．沒(méi)有明顯的TATAbox，在另一些植物基團(tuán)中，AGGAbox替代了CAATbox

12植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（3）順式作用元件在5’端遠(yuǎn)上游區(qū)域中．還存在對(duì)基因的表達(dá)有增強(qiáng)或阻遏作用的順序、決定基因在特定時(shí)空表達(dá)的順序以及對(duì)激素或外界脅迫有應(yīng)答作用的順序，由于這些順序?qū)虮磉_(dá)起調(diào)控作用，因此統(tǒng)稱為調(diào)控元件，又由于它們與基因位于同一條DNA鏈上，故又稱順式作用元件(cis－actingelement)。有些研究論文中提到的啟動(dòng)子有時(shí)也指包括了這些元件在內(nèi)的很長(zhǎng)一段區(qū)域13植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.25’非翻譯區(qū)基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到翻譯起始密碼子之間的一段順序被稱為5’非翻譯區(qū)。該區(qū)的5’端是前體mRNA加帽(7-甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷）的位點(diǎn)。有些基因的5’非翻譯區(qū)中還有一些莖環(huán)結(jié)構(gòu)。這些莖環(huán)結(jié)構(gòu)與翻譯起始密碼子的旁鄰順序?qū)Ψg的效率都有影響。此外在有些值物基團(tuán)的5’非翻譯區(qū)中還鑒定出有內(nèi)含子存在。如在Ubiquitin基因、Sh基因、Actin基因、Ashl基因與Wx基因的5’非翻譯區(qū)中均有內(nèi)含子存在，且這些內(nèi)含子都有增強(qiáng)基因表達(dá)的作用。14植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.3編碼區(qū)這是指從翻譯起始密碼列終止密碼之間的一段區(qū)域，或者說(shuō)是指這一區(qū)域中的所有外顯子部分。（1）Kozak比較了47種植物基因與植物病毒基因中翻譯起始位點(diǎn)附近的23個(gè)核苷酸，除了一個(gè)基因例外，其余的都是從5’端的第一個(gè)AUG作為翻譯起始密碼子的。例外的是菜豆的凝集素基因，它的轉(zhuǎn)錄本5’端有4個(gè)AUG，但彼此的讀碼框不同?？赡苡捎谇懊?個(gè)AUG的旁鄰順序不適宜核糖體的識(shí)別而不被使用，第4個(gè)AUG才是真正的翻譯起始密碼子。15植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.3編碼區(qū)（2）關(guān)于編碼區(qū)外顯子中4種核苷酸的比例，Murray統(tǒng)計(jì)了54種單子葉植物基因與3種雙子葉植物基因，總結(jié)出單子葉植物基因的AU含量為54％，雙子葉植物基因中AU含量為43％。主要的差別是發(fā)生在密碼子的第3個(gè)堿基上，雙子葉植物基因?qū)、U、C、G4種堿基的選用機(jī)率基本相似，而單子葉植物基因則偏向于選擇A與U。16植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.3編碼區(qū)（3）像其他真核基因一樣，植物基因的編碼區(qū)中也常有數(shù)目不等的內(nèi)含子，而且有些編碼區(qū)中的內(nèi)含子也有增強(qiáng)基因表達(dá)的作用。（4）有些真核基因中的一個(gè)外顯子正好對(duì)應(yīng)此基因所編碼蛋白質(zhì)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)域，因此有人推測(cè)在基因演化過(guò)程中，一個(gè)內(nèi)含子可能會(huì)帶著相鄰的外顯子在基因間飄移，從而構(gòu)成由不同結(jié)構(gòu)域組成的不同蛋白質(zhì)分子。17植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)1.43’非翻譯區(qū)這是指轉(zhuǎn)錄本中終止密碼子后面的一段順序，這段順序中也有一些調(diào)控元件，它們對(duì)mRNA的穩(wěn)定性和翻譯的效率均起重要的調(diào)節(jié)作用。（1）Angenon等分析了748種植物基因中圍繞終止密碼子的18個(gè)核苷酸順序，總結(jié)出所有3種已知的終止密碼子都能被植物基因用作翻譯終止訊號(hào)，但使用的比例則因植物的不同而有差別。單子葉植物基因使用UGA作為終止密碼的占46％，UAA與UAG的分別占28％與26％，而雙子葉植物首選UAA占46％，而用UGA與UAG的分別為36％與18％，而琥珀密碼子UAG選用的百分比最低。（2）在mRNA末端有1或2個(gè)加polyA信號(hào)，多數(shù)植物基因均為AAUAAA，有少數(shù)基因其中的個(gè)別核苷酸有不同。18植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2．基因的表達(dá)調(diào)控在植物的一個(gè)生命周期，即從種子胚到下一代種子胚的形成過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)許多不同的發(fā)育階段與形成許多不同的組織與器官。這些過(guò)程都是與基因時(shí)空專一性表達(dá)密切相關(guān)的。同時(shí)，植物的生長(zhǎng)與發(fā)育也離不開(kāi)光、溫度等外界環(huán)境，而干旱、水澇、鹽堿、甚至病蟲害的侵襲等也會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)與發(fā)育。因此，弄清基因時(shí)空表達(dá)以及環(huán)境因素如何誘導(dǎo)基因表達(dá)的分子機(jī)理在理論上與實(shí)際應(yīng)用上都有重要的意義。19植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2．基因的表達(dá)調(diào)控2.1器官與組織專一性表達(dá)的基因2.2受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因2.3基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)理20植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.1器官與組織專一性表達(dá)的基因一般用于確定某個(gè)基因在何種組織中專一表達(dá)的方法有以下幾種：（1）以基因編碼區(qū)中的一段順序?yàn)樘结?，與從不同組織或器官中抽提出的總RNA進(jìn)行Northern雜交。（2）將待測(cè)基因的啟動(dòng)子(包括5’遠(yuǎn)上游區(qū))DNA與一種報(bào)告基因的編碼區(qū)及3’端終止區(qū)連接，建成融合基因，經(jīng)轉(zhuǎn)化植物并得到再生植株后，用組織化學(xué)或其他分析方法，檢測(cè)該報(bào)告基因在轉(zhuǎn)化植株的何種組織與細(xì)胞中表達(dá)。常用的報(bào)告基因有GUS基因，CAT基因與LUS基因等。（3）將基因所編碼的蛋白制備出抗體，對(duì)植物的不同組織切片進(jìn)行免疫原位雜文。近年來(lái)用上述方法已初步確定了一些在不同植物的各種組織中專一性表達(dá)的基因，現(xiàn)各舉一例介紹如下：21植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)在營(yíng)養(yǎng)器官中：（1）編碼Rubisco小亞基的rbcS基因。主要在葉子的葉肉細(xì)胞、葉表面的保衛(wèi)細(xì)胞，中脈與綠色組織細(xì)胞中表達(dá)。（2）編碼富含羥基脯氨酸的糖蛋白的HRGP基因。此種糖蛋白是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，有防御病菌感染的作用，主要在莖的柵狀細(xì)胞、表皮細(xì)胞與滴漏細(xì)胞中表達(dá)。（3）編碼S－腺苷甲硫氨酸合成酶并參與多胺與乙烯生物合成的5’Sam-1基因。主要在維管組織的木質(zhì)部、韌皮部，厚壁組織與根的皮層中表達(dá)。22植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)在生殖器官中：

(1)P2

基因。只在雄蕊的成熟花粉與花粉管中表達(dá)，它所編碼的蛋白與聚半乳糖醛酶有同源性，推測(cè)此蛋白參與花粉管萌發(fā)與生長(zhǎng)時(shí)的果膠解聚作用。(2)def基因。它是金魚草中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因，該基因發(fā)生突變后即造成金魚草的雄性器官轉(zhuǎn)換成不正常的雌性器官，它只在花器官的雄蕊中表達(dá)。(3)PAL2基因。它編碼苯丙氨酸解氨酶，參與花色素的合成，只在花瓣中表達(dá)。23植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)在種子中：(1)編碼大豆貯藏蛋白的的Gy4基因。它只在胚乳組織中表達(dá)。(2)O2基因。它是玉米中編碼一種轉(zhuǎn)錄因子的基因，該因子調(diào)節(jié)玉米醇溶蛋白基因的表達(dá)、O2基因只在玉米的胚乳中表達(dá)。（奧帕克-2（Opaque－2），它是辛格爾頓（Singleten）發(fā)現(xiàn)的）24植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)在種子中：(3)編碼禾谷類α-淀粉酶的αAmyl基因。當(dāng)種子吸水后開(kāi)始萌發(fā)時(shí)，該基因在糊粉層中表達(dá)。除了上述幾個(gè)例子外，近年來(lái)還鑒定出了一些專一在果實(shí)、塊莖與根瘤中表達(dá)的基因，此處不一一列舉。但要指出的是：①許多組織專一性表達(dá)的基因，往往也是發(fā)育階段專一性表達(dá)的基因。如一些貯藏蛋白基因。②有些外界因素會(huì)改變基因表達(dá)的部位。如土豆的ClassⅠpatatin基因，它編碼土豆的貯藏蛋白，主要在塊莖中表達(dá)，在葉與莖中不表達(dá)。但當(dāng)塊莖與腋生芽被除去后，該基因即在莖與葉柄中表達(dá)。此外蔗糖也可誘導(dǎo)此基因在葉與莖中表達(dá)。25植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因一些非生物性脅迫因素如高溫、低溫、干旱、水澇、鹽堿、重金屬離子與創(chuàng)傷以及一些生物性脅迫因素如致病菌的感染與根瘤菌的入侵等均能誘導(dǎo)植物基因的表達(dá)，在脅迫因素與基因表達(dá)之間有一個(gè)很復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，這里只介紹幾個(gè)受這些因素誘導(dǎo)的基因的例子。26植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2受環(huán)境因素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因2.2.1熱休克蛋白2.2.2低溫誘導(dǎo)的基因2.2.3水澇誘導(dǎo)的基因2.2.4脫水誘導(dǎo)的基因2.2.5創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因2.2.6病菌感染所誘導(dǎo)的基因27植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.1熱休克蛋白當(dāng)在正常溫度中生長(zhǎng)的植物突然轉(zhuǎn)到40℃左右溫度的環(huán)境中時(shí)、有一組稱為熱休克基因很快表達(dá)。這些基因所編碼蛋白的Mr有80-90kD，65-75kD與15-30kD等幾種，一些植物中的熱休克基因已經(jīng)被克隆，并鑒定出了它們5’上游區(qū)中的一些調(diào)控元件，并同其他生物熱休克基因的調(diào)控元件在順序上有很高的同源性。28植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.2低溫誘導(dǎo)的基因有報(bào)道說(shuō)將一些植物先在非冰凍的低溫中暴露一些時(shí)候，再轉(zhuǎn)到結(jié)冰的溫度環(huán)境中時(shí)，它們就能在一段時(shí)間內(nèi)耐受這種結(jié)冰的環(huán)境。研究表明在這種低溫處理過(guò)程中植物合成了一些蛋白。Kurkela等從擬南芥中克隆了冷誘導(dǎo)與ABA誘導(dǎo)的基因，并對(duì)它的特性進(jìn)行了研究。玉米mlip15基因編碼一個(gè)具有bZIP結(jié)構(gòu)域的蛋白,低溫、ABA或鹽均能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)。29植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.3水澇誘導(dǎo)的基因玉米的根部遭到水淹時(shí)。有些基因很快就表達(dá)，這是植物對(duì)厭氧脅迫的一種應(yīng)答與適應(yīng)機(jī)制，在此種條件下表達(dá)的基因有醇脫氫酶基因Adh1、Adh2，蔗糖合成酶基因，醛縮酶基因等。在Adh1基出的5’上游區(qū)鑒定出了與厭氧誘導(dǎo)有關(guān)的順式作用元件以及有關(guān)的反式作用因子。30植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.4脫水誘導(dǎo)的基因已在很多植物中克隆出了由于脫水的脅迫而誘導(dǎo)的基因，如大麥與玉米中的dehydrin基因、麥根中的WSP23基因與擬南芥中具有跨膜通道結(jié)構(gòu)蛋白的基因等。這些基因不但在植物脫水時(shí)被誘導(dǎo)，也能被脫落酸(ABA)所誘導(dǎo)，Takahashi等從水稻中克隆了Wsi18基因。水稻經(jīng)0.5mol·L-1甘露醇處理30min后該基因即被誘導(dǎo)表達(dá)，但不被ABA所誘導(dǎo)。此基因的順序與LEA4基因(lateembryogenesis－abundantgene)有部分同源性。31植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.5創(chuàng)傷誘導(dǎo)的基因當(dāng)植物受到機(jī)械損傷或蟲咬受傷后，一些基因往往被誘導(dǎo)表達(dá)。已從土豆中克隆出了創(chuàng)傷誘導(dǎo)的蛋白酶抑制劑Ⅱ基因與番茄中的extension基因。土豆蛋白酶抑制劑基因在正常條件下是在種子或塊莖中表達(dá)的，植物受傷后可在非儲(chǔ)藏器官中表達(dá)。此種蛋白質(zhì)性質(zhì)的蛋白酶抑制劑能抑制多種微生物或昆蟲蛋白酶的活性，但很少抑制植物來(lái)源的蛋白酶的活性。32植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.2.6病菌感染所誘導(dǎo)的基因病菌感染植物后，常會(huì)誘導(dǎo)一些被稱為致病相關(guān)基因(pathogenesis-relatedgene)的表達(dá)。其個(gè)有一些是編碼水解酶的基因，如幾丁質(zhì)酶基因、β-1,3-葡聚糖酶基因、以及參與木質(zhì)素或抗真菌的phytoalexin合成的如苯丙氨酸氨解酶基因與4-香豆酸∶CoA連接酶基因。這些基因的調(diào)控元件已被鑒定，鑒定信號(hào)受體與研究信號(hào)傳導(dǎo)途徑是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。33植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)理基因的表達(dá)指基因在聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄成前體RNA，前體RNA經(jīng)過(guò)加工產(chǎn)生mRNA，以及mRNA翻譯成多肽并折疊成有活性蛋白質(zhì)分子的過(guò)程。上述過(guò)程的每一步驟都分別有許多包括蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)與RNA、DNA與RNA之間的相互作用以及受到許多順式作用元件與反式作用因子精密的、級(jí)聯(lián)式的調(diào)節(jié)。34植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)理2.3.1轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)2.3.2轉(zhuǎn)錄后的加工2.3.3翻譯水平上的調(diào)節(jié)35植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)2.3.1.1染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄2.3.1.2DNA甲基化2.3.1.3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物2.3.1.4順式作用元件2.3.1.5反式作用因子36植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.1染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)由DNA與組蛋白組裝而成，其最簡(jiǎn)單的樣式是核小體。核小體的核心是由二個(gè)相同的拷貝(每個(gè)拷貝中包含組蛋白H2A，H2B，H3與H4)組成的八聚體。DNA分子纏繞在組蛋白核心上．每個(gè)組蛋白核心上繞有二圈DNA分子，約長(zhǎng)l46bp。第5種組蛋白H1結(jié)合在核小體兩端的DNA分子上，使鏈珠狀的染色質(zhì)變成在體積上進(jìn)一步壓縮了的線圈狀的染色質(zhì)。

37植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)38植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)39植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.1染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄在某種基因?qū)⒈晦D(zhuǎn)錄之前，該基因所在的一段染色質(zhì)的壓縮結(jié)構(gòu)會(huì)松散與展開(kāi)。這就可以用DNase處理細(xì)胞核，然后以該基因的DNA片段作探針與從核中抽提出的總DNA，經(jīng)限制性內(nèi)切酶切成一定長(zhǎng)的片段后進(jìn)行southern雜交來(lái)檢測(cè)。將要被轉(zhuǎn)錄的基因的所在區(qū)域由于染色質(zhì)的壓縮結(jié)構(gòu)已展開(kāi)，故能被DNase消化。Southern雜交結(jié)果為陰性。在該基因不被轉(zhuǎn)錄的組織中．染色質(zhì)仍維持壓縮狀態(tài)。DNase酶不能水解DNA，雜交結(jié)果則為陽(yáng)性。40植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)

41植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.1染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄最近有人從酵母中鑒定出一個(gè)由多種蛋白亞基組成的SWI－SNF復(fù)合體，其中包括SWI1（ADR6），SWI2（SNF2），SWI3，SNF5與SNF6等5個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)。由于此復(fù)合物中的SWI2蛋白與ATPase以及helicase分子中有相似的形狀，因此有人推測(cè)此復(fù)合物可能與核小體DNA相互作用，并利用ATP水解所產(chǎn)生的能量來(lái)改變DNA－組蛋白的相互作用，并使1個(gè)或2個(gè)H2A－H2B二聚體從三元復(fù)合體中丟失，以使基因得以轉(zhuǎn)錄42植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.2DNA甲基化包括植物在內(nèi)，在所研究過(guò)的許多生物中，DNA的胞嘧啶堿基，特別是CpG順序上胞嘧啶分子中第5位點(diǎn)常被甲基化。在脊椎動(dòng)物DNA上的胞嘧啶有3％－6％被甲基化，而在維管植物DNA中，約有1／3胞嘧啶是被甲基化了的。對(duì)許多基因來(lái)說(shuō)，被甲基化了的CpG主要位于5’上游調(diào)控區(qū)內(nèi)。有人推測(cè)，由于CpG上的C被甲基化．使DNA的大溝上產(chǎn)生了一個(gè)突起。因此局部地改變了轉(zhuǎn)錄因子所識(shí)別的信號(hào)，并妨礙轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合而影響基因的轉(zhuǎn)錄。43植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.2DNA甲基化用豌豆、小麥、大豆與花椰菜為材料所做的研究表明。順式作用元件上的胞嘧啶被甲基化后在體外即不能被轉(zhuǎn)錄因子所結(jié)合。有一些在特定發(fā)育階段才表達(dá)的基因，在未表達(dá)時(shí)，其5’上游的CpG是被甲基化的。當(dāng)達(dá)到發(fā)育階段時(shí)，CpG上的甲基會(huì)被去掉，基因即能表達(dá)。這表明甲基化與去甲基化是被某種因素調(diào)節(jié)的。也有報(bào)道指出，核小體中的H1組蛋白在體外優(yōu)先結(jié)合在被甲基化的DNA上，這樣會(huì)更有效地阻遏基因的轉(zhuǎn)錄44植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)雖然能以小牛胸腺DNA為模板合成多聚核糖核苷酸分子。但它不能在體外對(duì)啟動(dòng)子有選擇性的起始轉(zhuǎn)錄，這表明除了PolⅡ外，還有其他因子參與有選擇性的轉(zhuǎn)錄起始。45植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通過(guò)層析分離法從酵母等細(xì)胞中逐步分離與鑒定出了被稱為通用轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors,GTFs)中的8種蛋白，它們是TFⅡA、ⅡB、ⅡD、ⅡE、ⅡF、ⅡH、ⅡI與ⅡJ。這些GTFs能與PolⅡ有序地在基因的啟動(dòng)子上組裝，以形成在體外能使基因起始轉(zhuǎn)錄的起始復(fù)合物。其中TFⅡD與TBP蛋白、TAFs（與TBP蛋白相聯(lián)合的因子）一起形成一個(gè)多亞基復(fù)合物，結(jié)合在TATAbox上；TFⅡB是作為PolⅡ與結(jié)合在啟動(dòng)子TATAbox上TBP蛋白的橋梁，起轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的選擇作用；TFⅡF結(jié)合在PolⅡ上，對(duì)PolⅡ所轉(zhuǎn)錄出的轉(zhuǎn)錄本有激活其延伸的作用；TFⅡH具有依賴于DNA的ATPase的活力與DNA解旋酶的活力。46植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物另外，當(dāng)起始復(fù)合物形成時(shí)，結(jié)合在增強(qiáng)子元件上的轉(zhuǎn)錄因子會(huì)與TFⅡD蛋白相互作用，以增強(qiáng)PolⅡ轉(zhuǎn)錄基因的速率；SRB多肽是RNA聚合酶B的抑制蛋白，它能刺激基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄與被活化了的轉(zhuǎn)錄。最近發(fā)現(xiàn)PolⅡ分子中羧基端結(jié)構(gòu)域（CTD）在轉(zhuǎn)錄起始中也發(fā)揮著重要的作用，SRB多肽、GTFs以及一些尚未鑒定清楚的蛋白因子都通過(guò)CTD被錨錠在PolⅡ分子上。PolⅡ的CTD在有些條件下被磷酸化，推測(cè)磷酸化后的CTD可以使PolⅡ與起始復(fù)合物中的其他成分解離而離開(kāi)啟動(dòng)子，因此CTD的磷酸化也在轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程中起著控制與調(diào)節(jié)的作用。47植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.4順式作用元件順式作用元件是指基因5’端上游區(qū)中那些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的一些順序。除一般基因都有的TATAbox與CAATbox外，在遠(yuǎn)上游還有一些重要的調(diào)控元件，由于這些順序均與基因處于順式位置，即在同一條DNA鏈上，故冠以順式之名．以與不一定處于同一條DNA上編碼轉(zhuǎn)錄因子的反式作用因子的基因相區(qū)別。48植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.4順式作用元件鑒定出順式作用元件是研究基因表達(dá)調(diào)控中很重要的第一步。通常所用的方法是將從轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)開(kāi)始的5’上游區(qū)一定長(zhǎng)度的DNA片段與報(bào)告基因編碼區(qū)及3’端區(qū)相連接，構(gòu)建成融合基因，然后用ExoⅢ外切核酸酶從5’上游區(qū)逐步向3’端消化，得到5’各有不同缺失長(zhǎng)度的融合基因。通過(guò)轉(zhuǎn)化植物再生出含有上述不同缺失長(zhǎng)度融合基因突變體的植株，用組織化學(xué)方法或其他方法，分析基因的5’上游區(qū)缺失到什么部位就不能使報(bào)告基因表達(dá)，或失去正確的時(shí)空表達(dá)專一性，或失去對(duì)外界因素脅迫的應(yīng)答能力。49植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.4順式作用元件找到調(diào)控元件存在的區(qū)域后，可從區(qū)域的5’端作進(jìn)一步小范圍的缺失突變，或從該區(qū)段中間的不同部位造成缺失突變，進(jìn)一步找出調(diào)控元件存在的準(zhǔn)確位點(diǎn)。然后可人工合成此位點(diǎn)內(nèi)的核苷酸順序，或?qū)⒋隧樞蛑械膫€(gè)別核苷酸調(diào)換，或?qū)⑦@段順序與突變后的順序分別連接在基礎(chǔ)啟動(dòng)子上游，以檢測(cè)它們是否能調(diào)節(jié)報(bào)告基因的表達(dá)。此外還可用此段順序與細(xì)胞中的核蛋白作體外結(jié)合試驗(yàn)，或進(jìn)行足印分析試驗(yàn)，以弄清足印所顯示的順序是否與用上法所鑒定出的順序相同。當(dāng)然也可先用足印分析來(lái)確定核蛋白結(jié)合的核苷酸順序。下面介紹一些在植物基因5’上游區(qū)中鑒定出的幾種順式作用元件。

50植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)幾種順式作用元件（1）應(yīng)答光的元件（3個(gè)）（2）應(yīng)答激素的元件（4個(gè)）51植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）應(yīng)答光的元件①?gòu)耐愣箁bsS－3A基因（受光誘導(dǎo)表達(dá)）啟動(dòng)子5’上游區(qū)鑒定出BoxⅡ（GTGTGGTTAATATG）與BoxⅢ（AAACTTTATCATTT）。由于從煙草中分離出的反式作用因子GT－la或B2F可以結(jié)合在此元件上，因此也稱此元件為GT－1結(jié)合位點(diǎn)。如果將BoxⅡ中的某些核苷酸進(jìn)行突變，GT－1蛋白在體外試驗(yàn)中即不能再結(jié)合在突變了的BoxⅡ上。因此突變了的BoxⅡ啟動(dòng)子，在體內(nèi)也不再有使基因轉(zhuǎn)錄的作用。52植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）應(yīng)答光的元件②從番茄的rbsS－3A基因啟動(dòng)子5’上游區(qū)中還鑒定出G－box（CCACGTGG）?，F(xiàn)在知道很多植物基因啟動(dòng)子的上游區(qū)中都存在G－box或類似G－box的元件,這些元件對(duì)多種外界環(huán)境信號(hào)有應(yīng)答作用，擬南芥中的轉(zhuǎn)錄因子GBF1－3能結(jié)合在此元件上。53植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）應(yīng)答光的元件③從一些單子葉與雙子葉植物受光調(diào)節(jié)基因的啟動(dòng)子上游區(qū)中鑒定出I－box（ATGATAAGG），并證明此元件對(duì)基因的受光調(diào)是很重要的的。但在一些非光調(diào)基因的啟動(dòng)子上游如TaMV35S啟動(dòng)子上游區(qū)中也鑒定出含GATAmotif的順序。有人在討論近年來(lái)對(duì)光調(diào)元件研究所取得的成果時(shí)認(rèn)為，雖然在許多光調(diào)基因的啟動(dòng)子上游區(qū)找到了一些順式作用元件，或在不同的基因中找到了相似的元件，但至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)可通用的光調(diào)總開(kāi)關(guān)，對(duì)受光誘導(dǎo)的基因來(lái)說(shuō)，5’上游區(qū)中的許多元件都是很重要的。54植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（2）應(yīng)答激素的元件①應(yīng)答ABA的元件：植物中已知有100多種基因可被外源的ABA所誘導(dǎo)表達(dá)，其中大部分是在種子發(fā)育后期表達(dá)的某因，或者是受外界環(huán)境因素脅迫時(shí)在營(yíng)養(yǎng)組織中表達(dá)的基因。已鑒定出的能應(yīng)簽ABA的順式作用元件有小麥Em基因啟動(dòng)子上游區(qū)中的Em1A元件(GGACACGTGGC)，與從水稻rab16A基因啟動(dòng)子下游鑒定出的motifI元件（CCGTACGTGGCGC），以及從其他基因中找到的相似的元件。這些元件中都包含了G－box中的核心順序(CACGTG)。但是在不同的元件中，核心順序兩邊的順序則不完全相同，因此與之結(jié)合的反式作用因子的結(jié)構(gòu)與功能也不會(huì)完全相同。55植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（2）應(yīng)答激素的元件②應(yīng)答GA3的元件：α－淀粉酶基因是受赤霉素（GA3）誘導(dǎo)而表達(dá)的。在大麥α－Amy6～4基因啟動(dòng)子的上游找到6個(gè)串聯(lián)重復(fù)的GARE元件（GGCCGATAACAAACTCCGGCC），GA3存在時(shí)它可使啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)基因的表達(dá)。另外又在AMY32b基因啟動(dòng)子上游找到3個(gè)功能相互獨(dú)立而又密切相關(guān)的順序(TAACAGAGTCTGG),（GATGATGGTCAAG）與（CCTTT）、后2種順序形成一個(gè)與胚乳（endosperm）box有很高同源性的元件、而3種順序一起則組成了一個(gè)對(duì)GA3有應(yīng)答功能的復(fù)合元件或偶聯(lián)元件。后來(lái)又在大麥的α－AmypHV19基因的啟動(dòng)子上游找到一個(gè)(TAACAAA)元件。56植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（2）應(yīng)答激素的元件③應(yīng)答生長(zhǎng)素的元件：已克隆了一些受生長(zhǎng)素誘導(dǎo)而表達(dá)的基因，如豌豆中PSIAA4/5基因，它的啟動(dòng)子上游鑒定出(T/G)GTCCCAT與（C／A）ACATGG(C/A)（A/G)TGT（T/C）（T/C）（C/A）二種順序，前者有應(yīng)答生長(zhǎng)素的作用，后者有增強(qiáng)基因表達(dá)的功能。能應(yīng)答生長(zhǎng)素的還有大豆的GmAux28基因。其5’上游有TCCACGTGTC元件與大豆中的SGBFS基因。57植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（2）應(yīng)答激素的元件④應(yīng)答乙烯的元件：在病原相關(guān)蛋白基因PRB－16的啟動(dòng)子上游區(qū)鑒定出TAAGAGCCGCC與GTGACAT二種順序，前者與菜豆幾丁質(zhì)酶基因中應(yīng)答乙稀的元件有部分的同源性。58植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.5反式作用因子在基因轉(zhuǎn)錄中，除了轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物之外，還有許多核蛋白起著重要的調(diào)節(jié)作用，它們與相應(yīng)的順式作用元件相互作用以增強(qiáng)或阻遏基因的表達(dá)，或者決定著基因表達(dá)的組織與發(fā)育階段專一性。這類核蛋白除了稱作反式作用因子之外，又叫做轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子可被磷酸化與去磷酸化，磷酸化的狀態(tài)不但調(diào)節(jié)著轉(zhuǎn)錄因子留在細(xì)胞核中還是進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，同時(shí)還表明它們與信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。下面介紹幾組研究得比較深入的植物轉(zhuǎn)錄因子。59植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.1.5反式作用因子（1）含bZIP結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子（2）含homeo結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子（3）含鋅結(jié)合（或稱鋅指紋）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子（4）含MADS順序的轉(zhuǎn)錄因子（5）與Myb或MyC蛋白同源的轉(zhuǎn)錄因子

60植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）含bZIP結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子bZIP中的b是代表蛋白分子中有一段由很多堿性氨基酸組成的結(jié)構(gòu)域，這可能是蛋白分子與DNA結(jié)合的區(qū)域，ZIP指蛋白分子中的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，此段結(jié)構(gòu)在蛋白分子中促使二個(gè)（同源的或異源的）亞基形成二聚體。只有當(dāng)單體形成二聚體后它才能與DNA結(jié)合。61植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）含bZIP結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子到目前為止發(fā)現(xiàn)最多的植物轉(zhuǎn)錄因子是含有bZIP結(jié)構(gòu)域的蛋白分子，如玉米中調(diào)節(jié)22kD與32kD醇溶蛋白基因的O2蛋白，小麥中調(diào)節(jié)Em基因的EmBP－1蛋白，歐芹中調(diào)節(jié)CHS基因的CPRF1，CPRF2，CPRF3蛋白等。62植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）含bZIP結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子亮氨酸拉鏈有二十幾個(gè)氨基酸殘基，其中每隔6個(gè)氨基酸即到第7個(gè)氨基酸便是亮氨酸，肽鏈形成螺旋狀，每個(gè)螺旋約含3.5個(gè)氨基酸，疏水的亮氨酸都排列在同一個(gè)面上，帶電荷的氨基酸則處在另一面，使螺旋具有二性的特點(diǎn)。推測(cè)在形成二聚體時(shí)，一個(gè)單體中此區(qū)域的幾個(gè)亮氨酸與另一個(gè)單體中此區(qū)域中的幾個(gè)亮氨酸彼此交替排列，形如拉鏈。bZIP蛋白中還有一段酸性氨基酸富集的區(qū)域或脯氨酸富集的區(qū)域，起著活化基因轉(zhuǎn)錄的作用。

63植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（1）含bZIP結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子含bZIP結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子都結(jié)合在啟動(dòng)子5’上游區(qū)中以ACGT為核心的順式作用元件上，如CACGTG（GBox）、GACGTC（CBox）與TACGTA（ABox）等，一些光誘導(dǎo)表達(dá)的基因與ABA誘導(dǎo)表達(dá)的基因的5’上游區(qū)都含有這些元件。這些元件兩邊順序在蛋白結(jié)合中也起作用。bZIP蛋白是一個(gè)大的基因家族，因此不同順式作用元件之間的細(xì)微差別與不同bZIP蛋白分子之間的細(xì)微差別決定了它們相互作用時(shí)親和力的細(xì)微差別，這可能是bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)不同基因的表達(dá)有精細(xì)調(diào)控能力的原因。一些資料表明，有些異源二聚體中的一個(gè)亞基缺失了具有活化基因表達(dá)功能的區(qū)域，這種異源二聚體蛋白雖然仍能與原來(lái)的順式作用元件結(jié)合，但不能活化基因表達(dá)，由于占據(jù)著結(jié)合位點(diǎn)，實(shí)際上起著阻遏基因表達(dá)的作用。64植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（3）含鋅結(jié)合（或稱鋅指紋）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子雙子葉植物在暗中生長(zhǎng)時(shí)，黃化苗的下胚軸長(zhǎng)得很長(zhǎng)，比在光中生長(zhǎng)的幼苗的下胚軸長(zhǎng)出10倍以上，頂端為未發(fā)育好即小而未打開(kāi)的鉤狀子葉。而在光中生長(zhǎng)的綠色幼苗，其下胚軸較短，頂端的子葉較長(zhǎng)而且打開(kāi)，并含有葉綠體。最近有人用T－DNA插人突變方法從擬南芥中分離到一株突變體，它在暗中生長(zhǎng)的幼苗形態(tài)和細(xì)胞分化情況與野生型在光照中生長(zhǎng)時(shí)的幼苗形態(tài)和細(xì)胞分化情況相似。66植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（3）含鋅結(jié)合（或稱鋅指紋）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子研究者從此突變株中克隆到引起上述變化的突變基因，它的野生型基因編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子Cop1，此因子參與擬南芥的光形態(tài)建成。Cop1蛋白共有658個(gè)氨基酸，第455到494位氨基酸順序與已報(bào)道的含與Zn2+結(jié)合結(jié)構(gòu)域的其他生物的轉(zhuǎn)錄因子有高度的同源性，在此區(qū)域中，7個(gè)半胱氨酸與1個(gè)組氨酸的位置是保守的，它們可能是與Zn2+結(jié)合的位置，附近還有4個(gè)保守的氨基酸包括2個(gè)異亮氨酸，1個(gè)苯丙氨酸與一個(gè)脯氨酸（C－X2－C－X15－C－X2－C，其中C代表半胱氨酸，X代表其他氨基酸）。67植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（3）含鋅結(jié)合（或稱鋅指紋）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥與矮牽牛中也克隆到編碼有鋅結(jié)合結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子基因3AF1與EPF－1促進(jìn)擬南芥花發(fā)育的constans基因（CO）也是編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，此蛋白中含有二個(gè)鋅指紋結(jié)構(gòu)域（－C－X2－C－X16－C－X2－C）。另外矮牽牛中EPF1也是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，它的鋅指紋結(jié)構(gòu)域?yàn)椋–2－X2－F－X5－L－X2－H－X3－H，其中F為苯丙氨酸，L為亮氨酸，H為組氨酸。68植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（4）含MADS順序的轉(zhuǎn)錄因子這是一類參與花發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子，最早是從金魚草中克隆到的，叫做DEFA基因，以后又從擬南芥中克隆到Ag基因，近來(lái)又有人利用同源順序作探針，從水稻等其它植物中克隆到這類基因。由于這類蛋白與人類的SRF蛋白以及酵母的MCMI蛋自上與DNA結(jié)合的順序有很高的同源性，因此研究者將MCMI，AG，DEFA與SRF幾個(gè)縮寫字母的第一個(gè)字母合并成MADS來(lái)表示這類蛋白的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。MADSbox是由60個(gè)氨基酸組成，其中19個(gè)氨基酸在已知的22個(gè)具有MADS結(jié)構(gòu)蛋白中是保守的，它們位于MADSboxN端的2/3處，而C末端的順序則變化較大。推測(cè)N端的堿性氨基酸區(qū)域是與DNA結(jié)合的部位，C端的氨基酸區(qū)域決定與DNA結(jié)合的親和力，此蛋白可能也以二聚體形式結(jié)合在DNA上。69植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)（5）與Myb或MyC蛋白同源的轉(zhuǎn)錄因子有二組參與玉米籽?；ㄇ嗨睾铣傻霓D(zhuǎn)錄因子，一組是Cl蛋白與P1蛋白，它們與動(dòng)物的Myb原癌蛋白有40％同源性。另一組是R，B與Lc蛋白，它們與Myc原癌蛋白有同源性，這一類蛋白的C端有一段含酸性氨基酸的區(qū)域，在轉(zhuǎn)錄中起活化的作用，它們也可能以二聚林的形式與DNA結(jié)合。70植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.2轉(zhuǎn)錄后加工編碼蛋白質(zhì)的核基因經(jīng)RNA聚合酶Ⅱ作用后，轉(zhuǎn)錄成前體RNA，其5’端接著要經(jīng)過(guò)加帽（m7G）與3’端加上polyA尾巴，同時(shí)要將內(nèi)含子剪接掉，以形成成熟的mRNA71植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.2轉(zhuǎn)錄后加工內(nèi)含子的剪接是由剪接體參與下，經(jīng)過(guò)二個(gè)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)來(lái)完成的。在第一個(gè)反應(yīng)中，外顯子1與內(nèi)含子之間的磷酸二酯鍵被內(nèi)含子中稱為分支點(diǎn)順序上腺嘌呤核苷酸的2’羥基所割開(kāi)，同時(shí)內(nèi)含子中5’端與分支點(diǎn)上的腺嘌呤核苷酸連接，形成新的2’－5’磷酸二酯鍵。這樣就產(chǎn)生了2個(gè)RNA中間體分子，一個(gè)是有外顯子1的RNA，另一個(gè)是外顯子2與套素狀的內(nèi)合子。在第二個(gè)反應(yīng)中內(nèi)含子的3’端剪接位點(diǎn)被外顯子1的3’羥基切開(kāi)，二個(gè)外顯子連在一起形成成熟的mRNA與另一個(gè)游離的套索狀內(nèi)含子，后者即被剪斷72植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.2轉(zhuǎn)錄后加工剪接體的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，由多種小分子的核糖核蛋白顆粒（snRNPs，U1，U2，U5與U4/U6）組成，在SnRNPs中分別含有各種蛋白因子與RNA分子。內(nèi)含子的5’端與3’端的各二個(gè)核苷酸是很保守的，在絕大多數(shù)內(nèi)含子中，它們分別是GU與AG，雖然編碼區(qū)也有許多GU與AG，但剪接體能準(zhǔn)確地識(shí)別內(nèi)含子兩端的GU與AG并在這二處切開(kāi)，表明剪接體有很有效的識(shí)別機(jī)理。有報(bào)道說(shuō)內(nèi)含子5’剪接位點(diǎn)附近的順序與U1RNA的5’端順序之間有配對(duì)的關(guān)系。73植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.2轉(zhuǎn)錄后加工研究表明動(dòng)物內(nèi)含子的分支點(diǎn)順序（UUGAC）與酵母內(nèi)含子分支點(diǎn)項(xiàng)序（UACUAAC）對(duì)準(zhǔn)確剪接是重要的，推測(cè)由于它與U2RNA中的一段順序有配對(duì)關(guān)系，因此它能被U2snRNF所識(shí)別。但有人對(duì)植物內(nèi)含子中的順序進(jìn)行過(guò)研究，沒(méi)有找到保守的分支點(diǎn)順序。Goodall等認(rèn)為在雙子葉植物內(nèi)含子的剪接中，內(nèi)含子中富含AU順序?qū)艚邮呛苤匾?，但在單子葉內(nèi)含子中，GC含量豐富，它們的剪接則不需要有像雙子葉內(nèi)含了中那樣的AU豐富的順序。

74植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)2.3.2轉(zhuǎn)錄后加工Werneke等發(fā)現(xiàn)菠菜Rubiscoactivase基因的前體RNA中第6個(gè)內(nèi)含子的5’剪接位點(diǎn)有兩個(gè)，兩個(gè)都剪接在GU處，但二者相差22個(gè)核苷酸，而3’的剪接位點(diǎn)相同。這樣形成的成熟mRNA所翻譯出的蛋白質(zhì)，一種是45kD，而在少切去22個(gè)核苷酸所形成的成熟mRNA中，由于此22個(gè)核苷酸中有一個(gè)終止密碼子UAA，因此成熟mRNA在翻譯到此UAA時(shí)就停止，所形成的多肽反而只有41kD，經(jīng)測(cè)定二種蛋白都有活化rubisco蛋白的活性。在金魚草的flo基因第1內(nèi)含子也有類似的情況，它的3’端剪接位點(diǎn)有二個(gè)AG可被剪接開(kāi)，二個(gè)AG之間，相差了3個(gè)核苷酸，成熟mRNA翻譯出的多肽只相差一個(gè)氨基酸，即在第143位谷氨酸與144位的甘氨酸之間多了一個(gè)纈氨酸

75植物基因的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)