毛果杨羧酸酯酶基因家族的功能研究

羧酸酯酶(CXE)是一类具有α/β折叠结构域的水解酶类,在植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。该研究以毛果杨(Populus trichocarpa)植株为材料,通过TBLASTN搜索和手动校正鉴定毛果杨CXE基因,并分析CXE基因家族基本特征、基因结构和表达模式,通过亲和层析纯化大肠杆菌表达的毛果杨CXE蛋白,然后利用荧光法和pH指示剂法测定CXE蛋白酶学活性,为深入揭示林木CXE基因家族的功能奠定基础。结果表明:(1)从毛果杨基因组中共鉴定出52个CXE基因,且52个CXE蛋白都含有完整的α/β水解酶结构域;毛果杨52个CXE基因分为3个类型,每一类型分别有39、4和9个CXE基因。(2)毛果杨CXE基因在染色体上的分布不均匀,其中有28个CXE基因以基因簇的形式分布在6条染色体上,其余24个CXE基因分散分布在16个染色体上。(3)毛果杨8个CXE基因在木质部、韧皮部、叶、小枝和根等5个组织部位均未检测到表达,其余44个CXE基因在5个组织部位呈现差异性表达。(4)在大肠杆菌中表达并纯化了5个毛果杨CXE蛋白(PtCXE4、5、6、41、43),且5个蛋白对植物体内发现的24个天然底物的催化能力测定发现,PtCXE5可以催化天然底物的个数最多(11个);酶学性质分析表明,5个蛋白都可以催化4-甲基伞形酮乙酸酯(4-MU acetate)和4-甲基伞形酮丁酸酯(4-MU butyrate)水解,却都不能催化4-甲基伞形酮月桂酸酯(4-MU laurate)和4-甲基伞形酮棕榈酸酯(4-MU palmitate)水解,且随着底物碳链长度的增加,蛋白的催化活性也随之下降;酶活性的pH依赖性分析发现,在pH6.0～9.0范围内,随着pH的升高5个蛋白的催化活性均呈现升高的趋势。