植物ATP结合盒（ABC）转运蛋白研究进展

ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白家族庞大,种类繁多,包括全转运子和半转运子等2种类型。全转运子的核心单元包括2个核苷酸结构域（NBD）和2个跨膜结构域（TMD）,而半转运子只含有1个膜结构域（MSD）和1个NBD。植物ABC转运蛋白不仅参与植物体内激素、脂质、金属离子、次生代谢物和外源物质的运输,并且有利于植物与病原体间的相互作用和植物体内离子通道调控等重要的生理过程的进行,是一类重要的跨膜运输蛋白家族。HUGO系统中ABC家族分为A~H 8个亚族,模式植物基因组测序的完成极大促进了ABC转运蛋白的研究与发现,近几年已从多种植物中克隆了不同亚族的基因并研究其表达与功能,但目前的研究主要集中在ABCB,ABCC,ABCG等三大亚族。植物ABC转运蛋白各亚族的结构与功能截然不同,在不同植物中的表达部位也千差万别。综述了植物ABC转运蛋白家族的研究进展,根据ABC家族中已知的重要成员,系统阐述植物中各亚族ABC转运蛋白的结构特征、在植物中的表达及其生物学功能,并为今后可能的研究提出展望。表1参49     

毛果杨全基因组铵转运蛋白家族成员及其序列分析

【目的】探讨毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组中铵转运蛋白(AMTs)家族成员的系统发育及部分成员的理化性质、结构和亚细胞定位。【方法】以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,应用软件CLUSTALX 2.0、GeneDOC和MEGA4,对AMTs家族成员的系统发育进行了分析,并重点分析了AMT1亚家族成员PtrAMT1-1、PtrAMT1-6和AMT2亚家族成员PtrAMT2-1、PtrAMT4-5的保守基序、理化参数、亲/疏水性、跨膜域、三级结构及亚细胞定位。【结果】在毛果杨基因组数据库中发现了19个AMTs,8个属于AMT1亚家族,11个属于AMT2亚家族;AMT1和AMT2亚家族内的蛋白序列保守性强,而亚家族之间的差异较大;AMT1与AMT2间的共同基序较少;AMTs是一类位于膜上运输NH4+的蛋白家族,有10~11个跨膜域,亚家族内蛋白三维结构相似,不同AMTs成员的亚细胞定位不同。【结论】在毛果杨中,AMT1与AMT2亚家族分开较早,各AMTs在杨树氮素代谢中起着不同的作用,共同维持并调控着杨树体内的氮素平衡。     

毛果杨全基因组磷酸根转运蛋白家族成员序列分析

磷酸根转运蛋白是一类主动转运磷酸根的重要载体蛋白.主要探讨毛果杨Populus trichocarpa全基因组中磷酸根转运蛋白(phosphate transporter)家族成员的系统发生和部分成员的理化性质、结构特点及亚细胞定位.以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,利用相关生物信息学软件对其进行系统发育分析,并利用一系列在线服务器对部分成员的理化参数、亲/疏水性、跨膜域、二级结构、三级结构和亚细胞定位进行了重点分析.结果表明,在毛果杨全基因组中共发现了31个磷酸根转运蛋白家族成员,根据其序列相似性,可分为4个亚家族,即PtrPHT1,PtrPHT2,PtrPHO1和PtrPHO2;PHT亚家族内的序列相似性高于PHO,并且高度保守;它们均为疏水性的全α型蛋白质,PHTs一般具有12个跨膜域,多于PHOs;不同亚家族成员的亚细胞定位不尽相同.因此,毛果杨磷酸根转运蛋白不同亚家族间分开较早,它们在杨树磷素代谢中可能起着不同的作用,共同维持并调控杨树体内的磷素平衡.     

杜仲ABC转运蛋白基因家族成员鉴定与分析

ABC转运蛋白(ATP—binding cassette transpoter)是一类庞大而古老的跨膜运输蛋白家族,在生物体内参与多种物质的转运积累、有害物质解毒、气孔调节、植物防御等生理活动。杜仲(Eucommia ulmoides Oliv)作为重要的中药材,其药用成分主要为次生代谢产物,次生代谢物转运与积累过程需要ABC转运蛋白的参与。利用生物信息学手段对杜仲ABC转运蛋白基因家族进行鉴定,并分析该家族蛋白质性质和结构、跨膜结构、亚细胞定位、系统进化关系。研究表明,EuABC家族生物信息学预测有76个成员,含有1~7个保守基序;编码蛋白多为稳定蛋白,主要分布于细胞质膜上,二级结构以α-螺旋和无规卷曲为主要构成元件;进化树分析表明,杜仲ABC转运蛋白家族可分为8个亚家族(A~G;I),每组成员数量分别为3、19、14、1、1、1、29、8。研究结果可为进一步研究杜仲次生代谢物质转运与积累奠定基础,也为其他植物ABC转运蛋白家族的研究提供了参考依据。     

植物ABC转运蛋白功能研究进展

植物ABC转运蛋白家族通过转运各种底物而参与植物一系列生命活动,其拥有众多家族成员,分类众多、结构复杂、功能多样。本文详细梳理了植物ABC转运蛋白的结构、分类及功能后发现,植物类转运蛋白共有8大亚族(ABCA～ABCG和ABCI),其中ABCG属于功能最多的一类亚族,主要参与代谢产物和激素转运、器官形成和物质合成,在重金属/逆境胁迫、以及次级代谢产物分泌等方面发挥着重要作用;ABCB主要参与生长素及重金属转运,刺激细胞生长,加强非生物胁迫的耐受能力;ABCC除参与次生代谢产物的转运外,还具有重金属解毒功能;ABCA类很可能与动植物的脂质代谢关系密切。对于目前功能未知的其他亚族建议开展蛋白互作研究,注重实践应用及多学科联合,更加准确具体解析其功能。全面深入研究植物ABC转运蛋白家族将为其他类转运蛋白的研究提供借鉴方法,同时为植物源/库的高效调控提供基础理论。     

槟榔AcAAP3基因cDNA克隆及其组织表达特性分析

[目的]克隆槟榔氨基酸通透酶(AAP3)基因(AcAAP3),分析其生物学信息,并检测其组织表达特性,为探究AAP3在氨基酸转运及氮素利用机制提供理论依据.[方法]利用反转录PCR(RT-PCR)从槟榔品种热研1号中扩增AcAAP3基因cDNA序列,利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、亚细胞定位、功能域及二、三级结构等进行预测分析,并利用实时荧光定量PCR检测AcAAP3基因在槟榔根、叶、茎、雄花和雌花中的表达特异性.[结果]克隆获得AcAAP3基因cDNA序列全长为1440 bp,编码479个氨基酸,蛋白理论分子量为52.834 kD,等电点(pI)为8.76,具有9个跨膜结构域,定位在细胞质膜上,为疏水性非分泌蛋白,具有1个保守的PF01490结构域(氨基酸转运结构域Aa_trans),属于氨基酸转运蛋白家族和APC超家族成员,其二级结构主要由α螺旋(45.72%)和不规则卷曲(34.66%)构成.AcAAP3蛋白氨基酸序列与椰枣(XP008799058.1)、油棕(XP010912574.1)、香蕉(XP009404321.1)和菠萝(XP020107563.1)AAPs蛋白的氨基酸序列相似性分别为91%、90%、84%和83%,说明不同植物的AAPs蛋白具有高度保守性.植物AAPs蛋白家族可分成两个亚类,即单子叶亚类和双子叶亚类,其中,AcAAP3蛋白与单子叶亚类的椰枣(XP008799058.1)和油棕(XP010912574.1)AAPs的亲缘关系较近.AcAAP3基因在槟榔各组织均有表达,表达量依次为根>叶>茎>雄花>雌花.[结论]AcAAP3基因具有明显的组织特异性,其编码蛋白可能在槟榔从外界吸收氨基酸及其体内氨基酸转运中发挥重要作用.     

植物ABC转运蛋白与次生代谢产物的跨膜转运

ABC（ATP-Binding Cassette）转运蛋白是目前已知最大、功能最广泛的蛋白家族，参与生物体内多种物质的转运，因其在生物体内与肿瘤细胞耐药性等一些重要的生理过程密切相关而引起了人们的广泛关注。研究发现，在已完成全基因组测序的生物中，ABC转运蛋白在拟南芥和水稻中数量最多，推测与植物次生代谢产物的跨膜转运相关。植物产生生物碱、萜类化合物、酚类等大量次生代谢产物，保护植物体免受环境中生物和非生物胁迫的损伤。这些化合物的累积和排泌被高度调节，ABC转运蛋白在其中起着重要的作用。本综述介绍了植物ABC转运蛋白及其在植物次生代谢产物累积和跨膜转运中的研究进展。     

番茄CKX基因家族生物信息学分析

植物细胞内的细胞分裂素受到细胞分裂素脱氢酶/氧化酶(Cytokinin oxidase/dehydrogenase,CKX)的调节,来维持植物体内细胞分裂素动态平衡。为探究番茄基因组中CKX基因(SlCKX)家族成员的信息,本研究通过现代生物信息学分析,对番茄中CKX基因家族进行鉴定和分析。结果表明,在番茄全基因组中鉴定出9个CKX基因家族成员,蛋白长度在453~553氨基酸之间,编码蛋白分子量在51660.72~52493.64kDa之间,为亲水性蛋白;番茄CKX基因分在4个亚族内,并且SlCKX家族成员中含有3~5的内含子以及4~6外显子;9个番茄CKX家族基因不均匀的分布在5条染色体上,番茄CKX基因家族包含11种顺式作用元件,其中分布最广的为脱落酸响应元件。该研究将为番茄CKX基因家族的功能和应用研究提供一定的理论依据。     

水稻亚硒酸盐转运子OsNIP2;1及其家族成员的蛋白结构分析

OsNIP2; 1是水稻亚硒酸盐转运子,是类NOD26内在蛋白家族的成员。本研究从Gen Bank数据库检索获得水稻、玉米和拟南芥的NIP家族成员氨基酸序列信息,利用生物信息学方法对OsNIP2; 1及其家族成员的蛋白理化性质、蛋白结构进行分析,对3种植物NIP家族成员的同源和进化关系进行评估。研究结果表明,OsNIP2; 1是定位于细胞质膜中的疏水性跨膜蛋白,包含6个跨膜结构域,其二级结构由38. 26%的α螺旋、21.48%的延伸带、10.40%的β转角和29.87%的随机卷曲等构成; OsNIP家族的其他成员都与OsNIP2; 1具有类似的蛋白理化性质和结构; 3种植物NIP家族成员的同源性很高,其氨基酸序列比对和进化树都显示出进化过程的高度保守性。     

玉米蔗糖合成酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】蔗糖合成酶(SUS)是植物进行蔗糖代谢的关键酶之一,控制着植物体内糖分的合成和运输,在植物的生长发育和代谢活动中具有重要作用。【方法】本研究利用玉米基因组数据库平台,以生物信息学手段对玉米SUS基因家族进行成员鉴定和分析。【结果】①玉米SUS家族共有5个成员,它们分别分布在第1.4.9号染色体上。氨基酸大小为802～849 aa,除ZmSUS5为弱碱性以外,其余均表现为弱酸性。②基因二级结构分析显示,该家族蛋白主要结构为a-螺旋,大部分为不稳定蛋白,且具有弱疏水性。③亚细胞定位预测结果显示,ZmSUS蛋白均定位在叶绿体。④进化分析显示ZmSUS可分为3个亚家族(SUSⅠ～SUSⅢ),且位于同一组的成员其氨基酸序列一致性以及内含子/外显子分布模式相似度都很高。⑤基因启动子分析分析显示ZmSUS家族蛋白在玉米的生长发育以及逆境胁迫方面都起着重要的作用。⑥组织表达特异性分析发现,ZmSUS1和ZmSUS2在胚和胚乳中大量表达;ZmSUS5在所有被检测的组织中表达量很低;ZmSUS3及ZmSUS4在被检测的组织中均有较高的表达量。【结论】这些结果表明ZmSUS1和ZmSUS2可能参与了种子的发育过程,ZmSUS3、ZmSUS4可能参与玉米生长发育的多个阶段。本研究为后续对玉米SUS家族基因的功能研究以及对蔗糖代谢调控的应用提供了理论参考。     

棉花HKT基因家族的全基因组分析

HKT(high-affinity K+transporter)转运蛋白在调节植物体内K+/Na+转运,参与逆境胁迫调控中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,系统分析了棉花HKT基因家族的分类、系统进化树、组织表达以及HKT蛋白的亚细胞定位、跨膜结构、基序情况等。结果显示,棉花中共有8个HKT基因家族成员,编码的8个HKT蛋白都定位到了质膜上,具有7~10个不等的跨膜数;系统进化树分析结果表明,棉花8个HKT基因家族成员大致分为2个小组,在进化树上分支比较近的HKT基因家族成员编码的HKT蛋白具有完全相同或者比较类似的motif类型和跨膜数;组织表达分析发现,克劳茨基棉仅有Gr HKT1;1和Gr HKT1;2 2个成员在200 mmol/L的Na Cl溶液处理0 h、3 h、12 h、72 h和144 h后具有不同程度的响应。     

甜橙NHX基因家族的鉴定及功能分析

Na+/H+逆向转运(Na+/H+exchange or antiporter,NHX)蛋白家族的氨基酸序列具有Na+/H+exchange蛋白结构域,在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥重要作用.为探究甜橙(Citrus sinensis)NHX基因家族的生物学特性,本研究从甜橙基因组中鉴定出6个NHX基因家族成员,...     

基于转录组的洋葱bHLH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

bHLH转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族，在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。本研究利用转录组数据对洋葱基因家族成员进行筛选和鉴定，并对家族成员进行理化性质、保守基序、亚细胞定位、系统发育和蛋白互作生物信息学分析，同时对bHLH基因家族在洋葱幼苗中的表达情况进行分析。结果表明，从洋葱转录组共鉴定到36个bHLH基因，预测编码蛋白质含有的氨基酸数量为127～610个，且均为亲水性蛋白，系统发育分析表明，洋葱bHLH基因家族分为12个亚族，同一亚族的大多数基因具有相似的保守基序，大多数bHLH基因在洋葱幼苗中表达，不同基因的表达量水平差异较大。本研究结果为进一步研究洋葱bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

植物铵转运蛋白研究进展

从铵转运蛋白(AMT)的系统进化、蛋白结构功能及生理生化特征等方面人手,对植物AMT1与AMT2两大亚类成员的最新研究进展进行综述.植物中AMT1与AMT2一定程度上存在分工合作,共同调节植物对铵态氮的吸收,维持植物体内NH4+的稳定并使土壤中铵态氮得到高效利用,可为农作物氮素吸收机制提供较深入的理论依据,对农作物增产增收具有重要意义.     

番茄C2H2型锌指蛋白的鉴定及生物信息学分析

植物C2H2型锌指蛋白转录因子广泛参与植物的生长发育及对逆境应答反应等生命过程。为了更好地理解番茄中C2H2型锌指蛋白转录因子的种类和数量,利用番茄基因组数据库,鉴定出92条番茄C2H2型锌指蛋白。蛋白质理化分析结果表明,不同亚家族成员的氨基酸长度差异较大,且多为碱性氨基酸;进化树分析结果表明,所有C2H2家族成员被分为5个亚家族,每个亚家族成员数量差异较大;结构域分析显示每个成员都含有C2H2结构域,同一亚家族间结构域的数量、种类、分布具有一致性;染色体定位结果显示,有91个成员定位在12条染色体上;组织表达分析结果表明,C2H2转录因子基因家族成员在各个组织中都有表达,表达量具有差异性。本研究将为番茄C2H2型锌指蛋白的生物学功能分析提供参考。     

ABC转运蛋白与巴西橡胶树产胶代谢

ABC转运蛋白（ATPBindingCassettetransporter）是目前已知最大、功能最广泛的蛋白家族之一。大多数ABC转运蛋白都能利用水解ATP释放的能量直接转运底物。许多研究结果显示,植物ABC转运蛋白在各种代谢产物的跨膜转运中起着重要作用。橡胶的产胶代谢是一种典型的植物类异戊二烯次生代谢．是影响橡胶产量的首要因素。相关实验结果显示,ABC转运蛋白可能参与橡胶树产胶代谢。本文介绍了模式植物拟南芥中的ABC转运蛋白研究进展,并对ABC转运蛋白与橡胶树产胶代谢的关系进行讨论。     

沙棘CAT家族基因的生物信息学分析

CAT (Cationic amino acid transporters)是植物体内参与氨基酸的吸收与转运的一类跨膜转运蛋白。为探究CAT家族基因及其所编码蛋白的结构特征,本研究依据前期所获得的不同发育期沙棘果实的转录组测序数据,经过功能注释与分析后获得3个CAT家族成员基因,分别命名为HrCAT1、HrCAT2和HrCAT3,并对其进行生物信息学分析。结果表明,沙棘果实HrCAT家族基因均含有完整的开放阅读框,编码二级结构以α-螺旋为主、不含信号肽的非分泌蛋白,其中HrCAT1和HrCAT2蛋白的三级结构之间具有较高相似性。研究结果可为后续研究沙棘果肉HrCAT基因的表达调控提供理论依据。     

植物对硒的吸收转运和形态转化机制

阐述了植物对不同形态硒的吸收、转运和形态转化机制。植物主要吸收水溶性硒,包括部分有机硒、硒酸盐和亚硒酸盐。多数研究表明植物对硒酸盐的主动吸收是通过高亲和力的硫酸盐转运子完成,最近的研究表明磷酸盐可以调节亚硒酸盐的吸收,磷酸盐转运子在亚硒酸盐的主动吸收过程中有重要作用;植物吸收的硒酸盐很快从根部转移到地上部,在叶片中被还原成亚硒酸盐,进而转化为有机硒化物进入其他组织;而亚硒酸盐及其代谢产物主要积累在根部,极少转移到地上部。进入植物体中的硒转化为含硒氨基酸和硒蛋白参与植物的代谢。     

NtGNL2基因克隆及蛋白结构分析

ARF-GEFs家族基因是近年来极性生长研究的热点。该家族有多个亚家族,而在植物中以GBF亚家族为典型代表。NtGNL2(Nicotiana tabacum GNOM-Like2)是通过同源克隆,并结合3'Race技术在烟草中克隆获得的GBF家族成员,在植物上报道的GBF家族成员并不多,然而,该亚家族成员的蛋白序列及功能都高度保守。为了验证新获得的Nt GNL2基因的保守性,通过同源比对和系统发生关系分析了NtGNL2与其他多个植物GBF家族成员的亲缘关系;同时对NtGNL2基因各个保守结构域进行了蛋白序列的分析。结果表明,NtGNL2与其他植物GBF成员高度保守。     

核桃炭疽病菌中GH互作蛋白找寻及遗传关系分析

【目的】植物病原真菌中的糖苷水解酶(GH)是参与破坏植物细胞壁的重要酶类,在真菌致病过程中发挥着重要作用。了解核桃炭疽病菌中GH蛋白的互作蛋白及其遗传关系,可为深入研究该病菌中GH家族蛋白的协同作用机制提供参考。【方法】基于前期所获得的胶孢炭疽菌Cg1中20个GH蛋白,通过STRING网络在线分析与其相似性较高的两个炭疽菌种——胶孢炭疽菌Cg-14和果生炭疽菌Nara gc5相关蛋白的互作关系;同时,利用生物信息学分析工具对这些蛋白进行了分子对接、亚细胞定位及遗传关系分析。【结果】两个炭疽菌菌株GH蛋白的互作情况极为相似。其中：GH5的互作蛋白数量最多,且GH5、GH6、GH7、GH11之间均存在明显互作关系;GH28亚家族中两个蛋白之间互作但不与其他GH亚家族蛋白互作;与单独GH蛋白存在互作关系的其他类蛋白多参与多糖催化、碳水化合物代谢等过程。不同蛋白之间均存在多个相互作用的氨基酸位点;仅GH72亚家族中的3个蛋白定位于质膜,其余蛋白均定位于细胞外;胶孢炭疽菌Cg1、Cg-14以及果生炭疽菌Nara gc5中GH蛋白明显分为四大类。其中：GH43亚家族中的3个蛋白分属于不同分支,亲缘...