摘要: 过氧化物还原酶（Peroxiredoxin，Prx）是硫氧还蛋白支架酶家族的成员，对过氧化氢底物具有半胱氨酸依赖性的过氧化物酶活性。Prx是普遍存于生物中，对于抗氧化防御和细胞信号传导通路至关重要。目前在拟南芥中Prx家族基因已得到较为系统的鉴定，根据... 展开 过氧化物还原酶（Peroxiredoxin，Prx）是硫氧还蛋白支架酶家族的成员，对过氧化氢底物具有半胱氨酸依赖性的过氧化物酶活性。Prx是普遍存于生物中，对于抗氧化防御和细胞信号传导通路至关重要。目前在拟南芥中Prx家族基因已得到较为系统的鉴定，根据半胱氨酸残基位点归类为2-CysPrx、1-CysPrx、PrxQ和PrxII四个亚家族，发现Prx蛋白参与拟南芥叶绿体脱毒和硫醇氧化还原系统平衡，同时Prx蛋白在保护光合作用组织免受光氧化损害方面也具有重要。但棉花中该家族的系统性研究鲜有报告。为了研究该基因家族在棉花中的系统性鉴定和表达分析，为后续研究蛋白功能提供数据支撑，我们利用生物信息学的方法鉴定了四个棉种基因组中（陆地棉，雷蒙德氏棉，亚洲棉和海岛棉）Prx家族全基因组的表征，使用比较基因组学分析了四个棉种基因组间的Prx家族进化关系，并且以陆地棉为实验材料，通过RT-PCR鉴定了陆地棉组织中Prxs表达的转录本可变剪切模式，利用qRT-PCR验证了陆地棉组织中Prxs基因表达的调控机制；构建了GFP荧光定位载体，使用本氏烟草材料确定陆地棉Prxs蛋白亚细胞定位信息。具体研究结果如下： 1.结合DASP（保守活性位点谱）和半光氨酸残基数量与位点的方法，全基因组鉴定了44个棉花Prxs家族基因，归类为2-CysPRX、1-CysPRX、PRXQ、PRXIIB、PRXIIE和PRXIIF6个亚家族成员。基因组比较分析表明4个棉种的全基因组中存在6对节段重复和9对多倍体复制产生的Prxs同源基因，且二倍体亚洲棉Prxs的蛋白序列和染色体物理分布信息高度相似于四倍体陆地棉和海岛棉D亚基因组上的Prxs信息，此外，经过四个棉种全基因组间的比较分析和Ka/Ks计算结果综合表明：节段重复和多倍体复制是Prx家族扩展的主要方式；二倍体亚洲棉Prxs与四倍体陆地棉和海岛棉D亚基因组中Prxs家族基因高度同源，初步推测陆地棉和海岛棉D亚基因组中Prxs可能起源于亚洲棉。 2.对陆地棉组织材料中Prxs基因的可变剪切事件（AS）分析表明GhPRX14-D在植物的根和叶中表达出不同类型转录本，但它的同源基因GhPRX6-A在根和叶中只存在一种类型的转绿本，这表明同源基因会发生差异性剪切，这会显著增加转录本的复杂性并丰富蛋白质类型。基于烟草荧光蛋白瞬时表达进行亚细胞定位分析，我们发现10个同源Prxs蛋白有6个定位于叶绿体中，其余4个则定位于细胞膜和细胞核中，这为我们对Prx家族基因进行亚分类提供了帮助。以上这些结果有助于我们了解棉花中该家族基因的转录情况和蛋白在细胞中的分布信息。 3.实时荧光定量PCR分析发现胁迫能显著影响Prxs基因的表达，我们还在Prxs基因的启动子区域中发现大量响应胁迫的顺式作用元件。结果显示，在盐或干旱胁迫下，启动子区域富含响应对应胁迫元件的Prxs基因，在胁迫应激下表现出一致性的表达趋势，我们初步推测可能是这些元件调控Prxs基因表达中发挥一定的作用，但对着一结论还需进一步的验证，这依赖后续寻找对那些识别顺式作用元件的转录因子方面的研究。 本研究在棉花Prx家族的系统性鉴定和表达机制两个层面上进行信息挖掘与分析，深入分析了棉花物种间Prx家族基因的进化关系，并探索了Prx基因表达的调控机制与定位信息。该研究不仅补全了棉花中该家族系统性研究的缺失，还分析了胁迫下该家族基因的表达谱及蛋白定位信息，可以为研究者们后续研究基因表达和功能分析提供数据支撑。 收起