雨生红球藻中虾青素合成相关酶基因的转录调控序列分析

虾青素是一种具有极强抗氧化活性的类胡萝卜素，具有广泛的应用价值。雨生红球藻是一种单细胞绿藻，在逆境胁迫条件下能够大量合成并迅速积累虾青素，其积累量最高可达细胞干重的4%，从而成为目前首选的天然虾青素合成工具。但是，虾青素的大量积累总是发生在不适于生物量积累的环境胁迫条件下，虾青素积累与生物量积累之间成为一对矛盾，制约着虾青素大量生产。 异戊烯焦磷酸异构酶（IPI）、β-胡萝卜素酮化酶（BKT）和β-胡萝卜素氧化酶（CRTO）是虾青素合成过程中的相关酶。已有研究结果表明，这些酶基因的表达调控至少是部分发生在转录水平上的，这就为我们从转录水平上研究虾青素生物合成关键酶基因的调控机制提供了重要线索。 本文研究结果如下： 1. 利用基因组步移的方法克隆了两条异戊烯焦磷酸异构酶基因（ipi）的5’上游侧翼序列（1.8kb和2.5kb），预示着ipi的转录由不止一个启动子调控。 2. 利用上述方法克隆了两条β-胡萝卜素氧化酶基因（crtO）5'上游侧翼序列（1kb和2kb）。以lacZ为报告基因的瞬间表达实验结果表明，长度为320bp(-682/-363)的crtO 5'上游侧翼序列具有很强的启动转录活性，提示这段序列包含了启动子的结构。 3. 利用凝胶阻滞的方法研究了雨生红球藻中bkt强启动转录活性区域，即 309bp(-617/-309)启动子区域的转录因子结合位点，并发现在-396/-338的59bp区域内存在特异的核蛋白结合位点。通过序列分析，发现此59bp区域并不包含TATA或者CAAT-box，而是存在对光、缺氧、p-香豆酸及激素反应的G-box。 4. 根据国外已经获得的ipi和crtO全长cDNA序列，利用长距离PCR法从红球藻基因组中扩增到基因组序列。发现ipi和crtO均包含6个外显子和5个内含子，内含子的剪切位点基本符合GU-AG规律。并通过似然比检验（Likelihood ratio test）的方法发现两基因在进化过程中存在着正选择现象。 这些工作为下一步继续寻找与上述特定DNA调控区域特异结合的反式作用因子（蛋白质因子）奠定了基础。