[發明專利]控制囊泡發育的擬南芥RabGAP3基因及其重組構建體和應用

在審

• 申請號: 201911061985.8
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110684757A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 齊靜;齊建;劉坤;陳松嶺;王健;張菊
• 申請（專利權）人: 周口師范學院;周口市質量技術監督檢驗測試中心
• 主分類號: C12N9/50
• 分類號: C12N9/50;C12N9/14;C12N15/57;C12N15/55;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/20
• 代理公司: 41109 鄭州中原專利事務所有限公司
• 代理人: 霍彥偉;王喚霞

本發明提供一種控制囊泡發育的擬南芥RabGAP3基因及其重組構建體和應用，該基因來源于擬南芥（Arabidopsis thaliana）哥倫比亞(Col?0),其核苷酸序列為SEQ ID NO.1，其基因開放閱讀框的核苷酸序列為SEQ ID NO.2，其cDNA編碼的氨基酸序列為SEQ ID NO.3。過表達RabGAP3基因直接造成細胞內囊泡堆擠缺陷，從而影響擬南芥根系生長的向地性和成年植株出現早花早熟的現象。進而證實這些表型的可遺傳性。本發明為在擬南芥中挖掘新的調控囊泡發育基因參與早熟品種培育提供了新基因資源。

本發明屬于植物生物技術領域，它涉及一種控制植物囊泡發育必需基因及其應用，具體涉及一種控制囊泡發育的擬南芥RabGAP3基因及其重組構建體和應用。

背景技術

真核細胞的生命活動是各個細胞器通過精細分工相互協作進行的物質交換和信息交流。細胞器作為生物活動的基本單位在細胞內具有特定組分和空間位置。囊泡運輸不但可以保障細胞器組分的穩定性和胞內信號傳輸的持續性，并且運輸缺陷被發現與細胞器發育缺陷和癌癥有直接關系。因此囊泡運輸機理的研究也獲得了2013年的諾貝爾生理與醫學獎。隨著生命科學的研究深入到細胞器調控層面，我國在2017年度通過自然科學基金委員發布了“細胞器互作網絡及其功能研究”重大研究計劃，詣以各細胞器為研究主題通過揭示細胞器發育和互作機制深入解析細胞內物質轉運和囊泡運輸等重要生命功能。

亞細胞器的發育和調控及相互間的交流在動物中的研究開發價值已經顯示了很強的市場前景。因為囊泡運輸動態參與胞內多項重要的生命活動，如激素分泌及信息傳遞、天然免疫、腫瘤細胞抑制等，其運輸障礙會導致細胞器發育缺陷和細胞功能紊亂，并與許多重大疾病(如胰島素運轉相關的糖尿病等、免疫感染、腫瘤缺陷等)密切相關。因此研究細胞的囊泡運輸，不僅會對細胞生物學的基礎理論研究產生積極的推進作用，也將揭示一些影響人類健康的重大疾病機理，為將來靶點藥物釋放和運輸治療提供新的策略，對人類健康產生重要影響。

目前隨著顯微鏡觀察追蹤標記蛋白在囊泡轉運過程中的研究，發現多種蛋白協同完成了囊泡的形成、轉運及融合等任務。通過蛋白質組學等技術手段，科學家逐漸鑒定分離出基因組中編碼的囊泡運輸成員。截至目前的研究，在模式植物擬南芥的研究中以Rab蛋白酶及其對應的GAP水解酶復合體參與真核細胞的囊泡發育和囊泡運輸等過程研究的相對集中。

Rab蛋白作為細胞內的“小分子開關”以小G蛋白形式參與真核細胞的信號轉導、細胞分裂、囊泡運輸和骨架組裝等過程¹。由于Rab蛋白空間結構可變性，其蛋白復合體通過與GTP或GDP結合與否分別處于“開”或“關”的狀態，從而啟動細胞相應的生理過程²。現在研究相對清楚的一種模型是Rab蛋白在囊泡細胞內激活信號存在的情況:鳥苷酸交換因子（GEF）激活與膜結合的Rab蛋白，從而使Rab結合GDP的無活性形式轉變為結合GTP的活性形式；雖然Rab蛋白本身有微弱的本底GTP水解酶活性，但它需要利用GAP水解酶（GTPase-activating protein）活性加速GTP水解，促使Rab快速失活，細胞信號傳遞得以迅速終止。以此Rab蛋白復合體完成了不斷在GDP（非活化）和GTP（活化）結合狀態之間循環的過程³。由于不同結合態的Rab蛋白定位于不同囊泡內膜，這些Rab蛋白標記的運輸小泡也可以視為參與不同的細胞器發育的復合體。通過對這些特定囊泡膜復合體之間的相互融合和分裂（fusionand fission）的過程，GAP蛋白以此能作為囊泡膜體相互交換途徑中控制不同步驟的負調控因子起到限制或抑制信號傳導的作用。因此可以參與調控并防止某些細胞器的發育過程中無限分裂或巨大增生的功能。