甜菜应答盐胁迫PUB基因的生物信息学分析

旨在为研究甜菜U-box型E3泛素连接酶提供理论基础。以甜菜T710-Mu品系为试验材料,前期通过转录组数据获得在盐胁迫下差异表达的甜菜PUB基因(plant U-box gene),利用生物信息学的方法对这些PUB基因进行分析,主要包括理化性质分析、染色体定位分析、基因序列分析、结构域分析、家族分类分析以及互作蛋白预测。结果显示甜菜PUB基因在甜菜9条染色体上均有定位,并且包含PUB蛋白具有的多个保守结构域,如U-box,Pkinase、Pkinase-Tyr、Usp、Arm以及KAP结构域,以拟南芥U-box家族分类为依据发现甜菜U-box多位于ClassⅡ、ClassⅢ、ClassⅣ中,甜菜PUB蛋白可作为E3泛素连接酶与多种功能蛋白相互作用,实现泛素化修饰。植物PUB蛋白具有E3泛素连接酶活性,在植物生长发育过程以及抵抗环境压力中起到重要作用。     

植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其研究进展

为了分析植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其机制,总结了U-box的结构特点及其与RING-finger结构的异同;归纳了植物U-box蛋白的分类及分类特点;并综述了SPL11、PUB12/PUB13、PUB17等U-box蛋白在植物PTI信号传导途径中的调控作用与调控机制,以及ACRE276、PUB17、CMPG1、MAC3A/MAC3B等U-box蛋白在植物ETI信号传导途径中的调控作用与调控机制。得出植物U-box蛋白的结构特点、生化功能及其在植物先天免疫反应中的作用与分子机制,并认为对植物U-box蛋白的研究可为植物抗病分子育种提供基因资源与参考信息。     

U-box蛋白质的结构及其功能研究进展

泛素系统是选择性降解细胞内蛋白质的重要系统之一,U-box蛋白质是此系统中决定底物特异性识别的一种新型E3蛋白质,部分U-box蛋白质属于泛素链聚集因子-E4。U-box结构域大约由70个氨基酸残基构成,在酵母、植物和动物等真核生物中保守存在,但植物中的数目远多于动物中。该蛋白质在细胞内异常蛋白质的降解及质量控制方面具有重要的作用,了解U-box蛋白质的功能对疾病的发生控制机理有重要意义。     

拟南芥PUB10和PUB11基因抵抗丁香假单胞杆菌番茄致病变种DC3000株的功能分析

丁香假单胞杆菌Pseudomonas syringae pv tomato(Pst)DC3000是研究植物免疫机制的常用病原菌。为分析拟南芥E3泛素连接酶PUB10、PUB11在免疫中的功能,本研究构建了pub10/pub11双突变体。在分析拟南芥PUB10、PUB11序列相似性和进化关系的基础上,比较了pub10/pub11双突变体和Col-0对Pst DC3000的敏感性、MAPK磷酸化水平、ROS产生的影响,并检测JA信号响应途径和免疫防御相关的部分代表性基因的表达量。结果表明PUB10、PUB11氨基酸序列高度保守,pub10/pub11双突变体对Pst DC3000的侵染更敏感,侵染后叶片病原菌数目明显增多,MAPK磷酸化水平迅速下降,ROS释放量降低,JA信号响应基因(LOX3,JR2)、免疫防御负调控基因(NIMIN1,WRKY38,WRKY62,RIN4)表达量上升显著高于Col-0,而免疫防御正调控基因(AZI1,EDS1,PAD4,EDS5,FMO1,NPR1)表达量显著低于Col-0。由此推断,AtPUB10、AtPUB11在防御Pst DC3000中起正调控作用,并且存在功能冗余。研究结果为进一步探索PUB10、PUB11调控植物防御的分子作用机制和分子育种提供了依据。     

杜仲U-box基因家族鉴定及分析

植物U-box蛋白是编码含有U-box结构域的基因家族,其编码蛋白大多是泛素系统中特异性识别底物的泛素连接酶E 3,在植物的生长发育、生物及非生物胁迫中起着广泛的调控作用。目前对杜仲的U-box基因了解较少,本研究通过生物信息学和荧光定量PCR技术,对杜仲U-box基因进行鉴定和表达分析。结果表明,杜仲基因组中含有40个U-box基因,根据蛋白结构域将其分为7类,并分析了基因家族成员的基因结构、系统发育、保守结构域和基序等。此外,U-box-Arm结构家族成员的基因表达分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性。     

番茄基因组中U-box基因家族的鉴定与分析

泛素蛋白质的降解途径是植物应答发育阶段信息、适应环境胁迫的重要信号途径调节机制。E3泛素连接酶基因是泛素蛋白质降解途径中决定蛋白质降解特异性的关键因子。本研究利用番茄的基因组和基因芯片数据,在番茄基因组中鉴定出56个U-box类基因。番茄U-box基因家族成员间大小、等电点、结构域等特征差异很大,并无显著的聚集特征。与此不同,番茄U-box基因的结构虽然同样差异巨大,但按照系统进化关系,大致分为三类:无内含子、有3~5个内含子、10个或更多内含子。番茄U-box基因的染色体分布位置也非常不均衡。在一号染色体上,5个U-box基因首尾相接连续分布在一起,这5个基因序列也非常相似,系统进化树分析表明这些基因亲缘关系非常接近。利用番茄功能基因组学数据库,观察发现番茄U-box基因成员不仅参与响应干旱、病菌侵染等外界胁迫。丛枝菌根真菌侵染也会导致番茄U-box基因Solyc01g00-7000.2.1在根部表达量显著上调。本研究团队计划对U-box基因Solyc01g007000.2.1在丛枝菌根真菌与番茄互作过程中的作用,进行进一步的分析。     

泛素化修饰及其在植物蛋白质组学中的研究进展

泛素化修饰是真核生物中一种重要的蛋白质翻译后修饰,几乎参与调控细胞内所有重要的生命活动过程。近年来,随着泛素化蛋白质富集技术和质谱技术的不断发展,泛素化蛋白质组学研究取得了重大进展。目前泛素化蛋白质组学研究多集中在动物和酵母中,而在植物中开展的相对较少。为了总结植物中泛素化蛋白质组学的最新研究成果,本文对泛素化修饰、质谱法鉴定泛素化位点、泛素化蛋白的富集方法及泛素化蛋白质组学在植物光调节、激素处理和逆境胁迫条件下的应用研究进行综述,为泛素化修饰在植物领域的最新研究提供理论基础。     

吕东平研究组在细菌中实现植物泛素化途径的重建

<正>泛素化是一种重要的真核生物蛋白质翻译后修饰方式,它决定了被修饰蛋白的命运。泛素化的过程分为三步系列的酶促反应,分别由E1、E2和E3来催化,并最终使泛素共价地结合到了底物蛋白上。通常来讲,整个泛素化途径至少需要五个蛋白的参与:泛素单体、E1、E2、E3和底物蛋白。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心吕东平研究组利用合成生物学的手段,将编码以上5个植物蛋白的基因同时在同一大肠杆     

高等植物蛋白质的特异性降解系统

在细胞内功能蛋白质处于不断的合成与降解中,其中蛋白质的特异性降解是蛋白功能调节的重要机制。蛋白质的特异性降解分为泛素依赖的途径和非泛素依赖途径。在泛素依赖的降解途径中,蛋白质在泛素激活酶、泛素结合酶、泛素连接酶的作用下泛素化,然后在26S蛋白酶体中进行降解。蛋白质也可不依赖泛素被26S蛋白酶体降解,或被游离的20S蛋白酶体降解。本文主要介绍高等植物中的蛋白质特异性降解途径及特异性机制的研究进展。     

人工湿地污水处理系统中芦苇和茭白生理特性及抗逆性研究

为比较人工湿地污水处理系统中芦苇(Phragmites communis)和茭白(Zizania aquatica)的生理特性及抗逆性,本研究选择山西省襄汾县污水处理厂人工湿地系统,采集湿地和对照土壤中的芦苇和茭白的叶和根样本,测定其生理指标、抗逆性指标。同时检测湿地土壤基本理化性质。结果表明,湿地芦苇和茭白叶中叶绿素、可溶性蛋白和MDA的含量比对照组增加（分别由23.56 mg/g、15.89 mg/g;0.98 g/L、1.43 g/L;0.11 nmol/mg protein、0.29 nmol/mg protein增加至44.27mg/g、33.17 mg/g;2.10 g/L、2.61 g/L;0.7 nmol/mg protein、1.01 nmol/mg protein）,但无显著性差异;芦苇和茭白叶中超氧化物歧化酶(SOD)活性、根中可溶性蛋白含量和根中细胞色素氧化酶P450(CYP450)活性与对照组相比显著性增加（分别由0.32 U/mg protein、32.68 U/mg protein;0.09 g/L、0.38 g/L;176.98 U/mg protein、39.96 U/mg protein增加至54.73 U/mg protein、43.79 U/mg protein;0.11 g/L、0.45 g/L;361.46 U/mg protein、50.79 U/mg protein）。与茭白相比,湿地芦苇中MDA含量较低、SOD活性高、CYP450活性增加。结果说明,芦苇和茭白均是良好的人工湿地修复植物,SOD、CYP450保护酶的共同作用及可溶性蛋白和叶绿素增加是植物对逆境的一种适应反应,且芦苇的抗胁迫能力相对优于茭白。芦苇根可溶性蛋白和茭白根SOD分别与根中磷或钾呈显著正相关,说明植物生化指标与土壤养分密切相关。     

植物抗性相关基因的研究

植物广谱抗性反应中，特定的抗性基因通过细胞信号转导高度表达。应用图位克隆、转座子标签、微卫星标记等技术从一些主要的经济作物和园艺植物中定位和克隆了大量抗性基因。R蛋白是一类重要的Pr类蛋白，往往具有若干相似结构域，R蛋白结构和序列分析对抗性基因家族分类、抗性信号转导机制研究有重要意义。Avr基因研究的成果进一步证实了“基因对基因”学说。根据抗性细胞信号转导机制的研究，发展形成了激发子一受体学说、细胞防卫学说等一些新的植物抗性机制假说。目前已有十几种动植物、微生物的外源抗性基因应用于转基因植物研究中。     

甘蓝自交不亲和相关基因BoPUB9的克隆及表达分析

自交不亲和性(self-incompatibility,SI)是指植株的雌蕊对自身花粉和异体花粉进行识别从而抑制自身花粉萌发的特性, PUB (Plant U-Box)蛋白在植物抗逆及信号转导过程中起着重要的作用。本研究通过分析甘蓝自花授粉0～60min的柱头转录组数据,筛选到1个受自花授粉诱导上调表达的PUB蛋白编码基因BoPUB9。BoPUB9 cDNA序列长度为1368 bp, gDNA序列全长1720 bp,含有1个臂重复结构域和1个U-box结构域。荧光定量PCR结果显示, BoPUB9基因在甘蓝的不同组织中均有表达,在萼片中的表达量最高,花瓣、雄蕊、柱头表达量次之,在花粉花蕾中表达量相对较低,同GUS染色结果保持一致。BoPUB9基因在自花授粉0～30 min内快速上调表达, 15 min后为异花授粉后表达量的20多倍,在30min后达到差异最大,自花授粉后的表达量为异花授粉的40多倍。亚细胞定位结果显示,BoPUB9蛋白在细胞核和细胞质中均有表达,且BoPUB9蛋白在大肠杆菌中被成功诱导表达,相对分子质量为51 kD,与预测结果一致。酵母双杂交与poll-down结果显示...     

巴西橡胶树SNARE蛋白全长cDNA克隆及其序列特征分析

从巴西橡胶树Hevea brasiliensis差减cDNA文库中筛选到一个与SNARE蛋白同源性较高的基因片段,根据其序列信息设计特异引物, 采用cDNA末端快速扩增技术RACE（Rapid Amplification of cDNA Ends）进行差异片段的5’和3’端的扩增,获得了长度为1 070 bp的全长cDNA克隆R295。序列分析表明该基因包含600 bp的开放阅读框,5’-UTR为93 bp, 3’-UTR为377 bp,编码199个氨基酸。该基因编码的蛋白具有一个SNARE coiled-coil保守区、一个典型的VAMP基元及一个羧基端的CAAX基元。同源分析表明该蛋白属于一类特殊的longins蛋白。RT-PCR检测表明它在胶乳中特异表达,在叶中没有表达。     

Arabinogalactan proteins may facilitate the movement of pollen tubes from the stigma to the ovules in Actinidia deliciosa and Amaranthus hypochondriacus

Sexual plant reproduction is a complex process that involves a series of interactions between the male gametophyte and the different cell types of the pistil. These interactions are believed to direct the pollen tube growth until its final target, the embryo sac. Arabinogalactan proteins are complex proteoglycans that are believed to be involved in these processes. The pistil is enriched in these highly glycosylated proteins and we provide results that show the selective presence of different AGP epitopes at the surface of the cells or in the ECM of the tissues that correspond exactly to the pollen tube growth pathway in Amaranthus hypochondriacus and Actinidia deliciosa. We also show that in Actinidia deliciosa, which is a dioecious plant with the male flowers having rudimentary ovaries where fertilization does not occur, there is no presence at all of the epitopes recognised by the monoclonal antibodies utilized in this study. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

烟叶成熟过程相关基因变化及其叶绿素降解

烤烟叶片成熟过程与衰老是烟草发育的重要阶段,是一个复杂和高度调控的过程,涉及衰老相关基因的调控表达和叶绿体的分解,也是烟草质量和品质形成的关键时期,因此其成为烟草生产和研究的重要时段。介绍了烟叶衰老过程相关基因的表达变化和叶绿素分解的过程,为从分子水平定义烟叶的成熟度提供理论依据。     

大豆G位点近等基因系叶片类囊体蛋白质组比较分析

类囊体是光合作用和电子传递关键载体,是叶绿体核心组分,在植物亚细胞器蛋白质组研究中尤为重要。为了探究大豆叶片类囊体的蛋白质组,以1对遗传背景相似度为97.6%的大豆种皮颜色G位点近等基因系（NIL-G和NIL-Y）为材料,利用SDS-PAGE与分级质谱相结合的方法对大豆叶片类囊体蛋白进行分析。结果表明,在NIL-G和NIL-Y中鉴定到的总蛋白分别为2 170种和1 730种,特异蛋白分别为1 140种和700种,总蛋白和特异蛋白数量在NIL-G中均高于NIL-Y。特异蛋白的GO注释及KEGG通路分析表明,尽管这对近等基因系遗传背景相似度很高,但其叶片类囊体蛋白在生物途径、细胞组分和分子功能方面均存在差异。     

甘蓝型油菜芸薹素唑耐受因子(BnaBZR1/BnaBES1)全长CDS克隆与生物信息学分析

芸薹素唑耐受因子(brassinazole-resistant, BZR)是油菜素内酯信号转导过程中的关键转录因子, 目前已知BZR1与BZR2 (BES1)两种亚型。本文在甘蓝型油菜湘油15号cDNA中克隆到3个BZR全长编码序列(coding sequence, CDS), 经比对鉴定分别为定位于A07染色体的1拷贝BZR1和定位于A06染色体的2拷贝BES1, 分别命名为BnaBZR1_A07、BnaBES1_A06F和BnaBES1_A06R, 序列长分别为996、993和996 bp, 各自编码331、330、331个氨基酸。这3个基因编码蛋白具有典型植物BZR/BES结构域, 亚细胞定位预测主要位于细胞核。多序列比对和进化分析表明, BnaBZR1/BnaBES1基因编码蛋白与甘蓝、白菜、拟南芥、亚麻芥等BZR/BES蛋白具有较高的同源性, 且同源物种间BZR1或BES1相似度高于同一物种或者近缘物种中BZR1与BES1间相似度, 表明BZR1与BES1分化是一个早期进化事件。湘油15号中这3个基因表达规律相似, 苗期和花期具有高水平的BnaBZR基因表达, 抽薹期和角果成熟期表达稍低; 且BnaBZR基因表达水平在地上部分的叶、茎、花和角果中相对于地下部分的根中较高。