MurE基因在裸子植物叶绿体分裂及发育中的功能

进化学研究显示绿色植物的叶绿体起源于蓝藻的祖先蓝细胞。肽聚糖是包裹在细菌、蓝藻细胞外的一层刚性结构，也就是细菌的细胞壁，在蓝藻及细菌的肽聚糖合成径路中有11个基因参与肽聚糖的形成。在过去的研究中我们已经证实MurE等肽聚糖合成径路中的基因被保存在绿色植物的基因组中。MurE基因在细菌的肽聚糖合成系中催化中间产物胞壁酸三肽的合成。绿色植物的MurE基因功能分析的结果显示该基因在低等植物小立碗藓和被子植物拟南芥中具有不同的功能。在小立碗藓中MurE基因控制叶绿体的分裂，而在拟南芥中该基因控制叶绿体的发育。本研究拟在以往试验的基础上，利用简并PCR及末端克隆的方法克隆裸子植物兴安落叶松的MurE基因，并利用植物生理学、分子生物学、转基因等方法深入系统地研究MurE基因在兴安落叶松叶绿体分裂及发育中的作用，为解明叶绿体的进化，以及在进化过程中基因功能的转变机制提供依据。

内共生起源学说认为绿色植物的叶绿体起源于原始的单细胞蓝藻。作为细菌和蓝藻细胞壁主要成分的肽聚糖在植物漫长的进化过程中逐渐退化，一些编码肽聚糖合成关键酶的基因发生了水平转移或消失，有些基因虽被保存下来其功能发生了变化。在细菌肽聚糖的生物合成途径中，有11个基因编码参与肽聚糖合成的关键酶，其中MurE基因编码的蛋白质催化胞壁酸三肽的合成。绿色植物MurE基因的研究结果显示，该基因被保存在小立碗藓和拟南芥中，但其在这两种植物中具有不同的功能。在小立碗藓中MurE基因控制叶绿体的分裂，而在拟南芥中该基因控制叶绿体的发育。为调查MurE基因在叶绿体进化过程中功能转变机制，我们克隆了裸子植物兴安落叶松的同源基因，并对其进行了特性分析。. 利用兼并-PCR及末端克隆技术克隆了裸子植物兴安落叶松（Larix gmelinii）的MurE基因（命名为LgMurE）。所克隆的LgMurE cDNA全长为2868bp，编码787个氨基酸，蛋白质分子量为86.88kDa，理论等电点为4.63。序列分析的结果显示，LgMurE与细菌、蓝藻及其他植物的MurE蛋白具有较高的相似性，而且在进化上处于苔藓植物与被子植物的中间阶段。LgMurE蛋白质的亚细胞定位预测显示，其含有向叶绿体移行的转运肽；RT-PCR的结果显示，该基因在叶中的表达量最高。为调查LgMurE基因的亚细胞定位及功能，我们构建了遗传转化载体pTFH22.4-LgMurE-GFP、pUC18-LgMurETP:GFP、pBI101-LgMurE 和pUC18-LgMurE-HPT-GFP。小立碗藓遗传转化的结果证实LgMurE定位于叶绿体上，与叶绿体的分裂或发育相关；拟南芥遗传转化的结果显示，LgMurE能够弥补由于拟南芥MurE突变所引发的白化缺陷，显示该基因具有控制拟南芥叶绿体发育的功能。. 兴安落叶松是重要的裸子植物，在进化上与小立碗藓和拟南芥处于不同的阶段。调查MurE基因在裸子植物兴安落叶松叶绿体分裂及发育中的作用，及其与蓝藻、小立碗藓和拟南芥同源基因间的功能互补关系，可为解明叶绿体的进化，以及在进化过程中基因功能的转变机制提供理论和实验依据。