玉米叶绿体依赖NADPH硫氧还蛋白还原酶的原核表达及活性分析

叶绿体依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)的硫氧还蛋白还原酶含有还原酶结构域和硫氧还蛋白结构域,每个结构域含有两个催化的Cys残基.利用RT-PCR克隆了编码成熟的依赖NADPH硫氧还蛋白还原酶基因,分别将还原酶结构域以及硫氧还蛋白结构域活性中心两个催化的Cys残基定点突变成Ser残基,将野生型和突变型基因分别插入大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pET-28b,转化至大肠杆菌BL21(DE3),表达的重组蛋白N端含有组氨酸标签.电泳检测显示野生型硫氧还蛋白还原酶的可溶性表达水平受诱导温度和共表达分子伴侣GroEL、GroES和GrpE影响,而蛋白突变体主要表达为包涵体.纯化的重组野生型蛋白SDS-PAGE上显示亚基分子量为52kD,分别以DNTB(6,6′-Dinitro-3,3′-dithiodibenzoic acid)和胰岛素为底物,确定了硫氧还蛋白还原酶两个结构域的催化活性.本研究结果表明,玉米NTRC在大肠杆菌可溶性表达,纯化的重组蛋白具有硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶活性.     

葡萄糖和含腺苷分子通过碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)诱导猪脂肪细胞硫氧还蛋白互作蛋白(Txnip)的表达

硫氧还蛋白互作蛋白(Txnip)是一种氧化还原调节蛋白,通过与硫氧还蛋白结合抑制其活性,调节细胞的氧化还原状态,在葡萄糖和脂质稳态中起重要作用。本研究利用从3~7日龄仔猪(Sus scrofa)皮下脂肪组织分离培养的脂肪细胞,应用RNAi沉默碳水化合物反应元件结合蛋白基因(ChREBP)表达,以含0或0.1 mmol/L NAD+的葡萄糖浓度分别为0、5和15 mmol/L的培养液培养,采用实时荧光定量PCR检测Txnip及ChREBP mRNA表达,以探讨葡萄糖和含腺苷分子对猪脂肪细胞Txnip表达的影响及其转录调控途径。结果表明,葡萄糖以浓度依赖方式促进猪脂肪细胞Txnip和ChREBP mRNA表达,无糖条件下NAD+对Txnip mRNA表达没有明显影响,但葡萄糖存在时显著促进其表达。siRNA沉默脂肪细胞ChREBP表达后,葡萄糖对Txnip mRNA表达的促进作用比相同条件下培养的对照细胞有较大幅度降低;以NAD+处理后,Txnip表达在葡萄糖浓度为5和15 mmol/L时分别较对照细胞降低了91%和93%。由此说明,NAD+诱导猪脂肪细胞Txnip转录表达依赖于葡萄糖的参与,ChREBP介导葡萄糖和NAD+对Txnip mRNA表达的诱导作用。研究结果为进一步探讨ChREBP在葡萄糖和脂质稳态中的作用提供了基础。     

玉米叶绿体铁氧还蛋白1的原核表达及部分性质分析

叶绿体铁氧还蛋白(Fd)通过活性中心的铁硫簇传递还原力,在各种氧化还原途径中起重要作用.本研究中,氨基酸序列比对显示玉米中5种Fd的叶绿体导肽同源性很低,而去除导肽的成熟蛋白氨基酸序列具有很高的同源性.采用RT-PCR技术从玉米幼叶总RNA中克隆了编码成熟Fd1的基因.并分别插入pQE 80和p28SUMO表达载体,转...     

豇豆胰蛋白酶抑制剂和硫氧还蛋白的融合表达和活性测定

采用融合蛋白表达技术，通过1个人工设计合成的柔性接头，将豇豆胰蛋白酶抑制剂(cowpea trypsin inhibitor,CpTI)基因与表达载体上的硫氧还蛋白(thioredoxin )基因连接，构建了融合表达载体。将表达载体转入大肠杆菌(Escherichia coli )GI724，通过色氨酸诱导获得高效表达，产物以可溶状态存在。活性测定显示，融合蛋白具有抑制胰蛋白酶的生物学活性。以大豆胰蛋白酶抑制剂为参照，将融合蛋白热处理后进行活性测定，发现它具有较好的热稳定性。将肠激酶(enterokinase)与融合蛋白在37 ℃作用16 h，可获得切掉thioredoxin的CpTI蛋白。活性测定显示，切除thioredoxin后CpTI的胰蛋白酶抑制活性比同样处理条件下的thioredoxin-CpTI明显下降，比活力仅为原来的80%，说明融合蛋白具有更高的稳定性。研究结果为thioredoxin-CpTI作为一种生物农药的应用奠定了基础。     

植物金属硫蛋白的研究进展

金属硫蛋白是一类低分子量、富含半胱氨酸的金属结合蛋白，随着植物分子生物学的发展，植物金属硫蛋白研究越来越热。本文就其分类、多态性、特性、空间结构、功能以及表达特点逐一综逆．并对其应用前景进行了展望。     

土壤硫的氧化还原及其环境生态效应

硫在土壤中的氧化还原不仅直接影响其在水、大气、生物、岩石圈的交换和循环,而且对生态环境产生影响。综述了土壤中发生的硫的氧化还原过程及硫的氧化还原过程产生的环境生态影响,最后展望了硫的氧化还原及其相关过程的研究前景。     

与南方水稻黑条矮缩病毒外壳蛋白P10互作的寄主因子筛选

为找到水稻中与南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV)外壳蛋白P10(CP)相互作用的寄主蛋白,利用P10筛选水稻膜系统酵母双杂cDNA文库,寻找水稻中与P10互作的蛋白并结合生物信息学技术进行分析,回转验证。结果表明,筛选到10个可能与P10互作的水稻寄主蛋白,如胚发育晚期丰富蛋白Lea14 - A、硫氧还原蛋白TRXh1、铁硫结合蛋白IscA以及真核生物起始翻译因子eIF-5A等。这些蛋白的发现说明水稻受到病毒侵染时,生长发育与营养物质的合成均受到影响。本研究结果为后续进一步研究P10蛋白的功能及其致病机制提供了理论依据。     

施用硫肥对冬小麦光合生理特性及产量的影响

在田间条件下,连续两年通过不同硫肥处理对多穗型小麦品种豫麦49和重穗型小麦品种豫麦66的光合特性和产量性状影响进行了系统研究。结果表明,施用硫肥对提高群体光合速率(CAP)、旗叶净光合速率(Pn)、叶绿素(Chl)含量以及硝酸还原酶(NR)活性等方面有重要作用,但不同硫肥处理之间,不同小麦品种之间存在差异。本研究结果还表明,不同的硫肥处理对提高两种穗型冬小麦产量有差异,且对产量构成因素也有不同的影响。比较硫肥不同处理对两种小麦品种光合生理特性及产量的调控作用以及投入成本来看,在目前高产田养分供应条件下,两品种均以基施S120 kg/hm2效果相对较优。     

微生物影响稻田土壤中砷转化研究进展

稻田砷污染是一个全球性环境问题。稻米是以大米为主食的人群砷暴露的主要途径，稻米砷含量超标，会对动物和人体健康造成威胁。微生物是影响砷环境生物化学行为的重要角色，在植物-土壤-微生物系统的砷循环中发挥着重要作用。了解微生物对砷在土壤-水稻系统中的生物化学循环的影响，能够为稻田砷污染的有效治理提供理论基础。本文综述了砷氧化微生物、砷还原微生物以及砷甲基化微生物分别对砷氧化、还原和甲基化过程的影响（直接作用），并总结了微生物通过间接影响铁、硫的环境生物化学循环，进而影响稻田-水稻系统中砷的赋存形态及其转化与迁移的过程。最后，本文归纳了砷污染农田微生物修复技术的相关研究进展，并提出了研究展望。     

植物SWEET蛋白的结构与分类及功能研究进展

植物SWEET蛋白是一类重要的转运蛋白,研究其生理生化功能,有助于分子辅助育种,缩短育种年限。本文基于文献资料,梳理归纳了近年来国内外的植物SWEET蛋白的结构、分类、转运底物和功能方面的相关研究进展,阐述表明SWEET蛋白是植物中广泛存在的一类糖转运体,既能转运单糖又能转运蔗糖,属于Mt N3家族。不同植物间的SWEET蛋白具有一定的保守性,根据亲缘关系SWEET家族可以分为四类。植物SWEET蛋白是位于膜系统上,参与糖分的跨膜转运,在植物生长发育及逆境胁迫中均有不同程度的调控作用,如调控花蜜的分泌、花粉的营养、灌浆期种子的发育、果实发育、植物抗逆性和抗病性等。然而不同植物的SWEET蛋白转运底物和调控功能不同,目前仅在拟南芥等少数植物中研究较为深入。     

Thioredoxin h System and Wheat Seed Quality

Thioredoxin is one of the key systems controlling cellular redox balance in all living organisms. Plant thioredoxins are a diverse multigene family divided into two systems, the chloroplastic and the cytoplasmic systems, which are distinguishable by the electron donor and by the enzyme that catalyses thioredoxin reduction. In cereal seed, the thioredoxin (Trx) h system acts in the developing phase, controlling the delivery of compounds during seed filling. Early in the development of the imbibed seed, it promotes the mobilization of storage nitrogen and carbon in the endosperm by inhibiting the inactivators of amylolytic enzyme and by activating a specific serine protease, thiocalsin. During seed maturation and germination, the Trx h system controls oxidative stress in the living tissues, specifically in the scutellum and the aleurone layer, where it accumulates in the nucleus. The overexpression and the suppression of Trx confirm these features and constitute a powerful tool to manage seed quality, due to the large number of Trx h isoforms and to the specific nature of some of them.     

Dual action of sulforaphane in the regulation of thioredoxin reductase and thioredoxin in human HepG2 and Caco-2 cells

We have previously demonstrated that sulforaphane is a potent inducer for thioredoxin reductase in HepG2 and MCF-7 cells (Zhang et al. Carcinogenesis 2003, 24, 497-503; Wang et al. J. Agric. Food Chem. 2005, 53, 1417-1421). In this study, we have shown that sulforaphane is not only an inducer for thioredoxin reductase but also an inducer for its substrate, thioredoxin in HepG2, and undifferentiated Caco-2 cells. Sulforaphane acts at two levels in the regulation of thioredoxin reductase/thioredoxin system by the upregulation of the expression of both the enzyme and the substrate. In human hepatoma HepG2 cells, sulforaphane induced thioredoxin reductase mRNA and protein by 4- and 2-fold, respectively, whereas thioredoxin mRNA was induced 2.9-fold and thioredoxin protein was unchanged in whole cell extracts, but an increase in nuclear accumulation (1.8-fold) was observed. Moreover, the induction of thioredoxin reductase was found faster than that of thioredoxin. The effects of PI3K and MAPK kinase inhibitors, LY294002, PD98059, SP600125, and SB202190, have been investigated on the sulforaphane-induced expression of thioredoxin reductase and thioredoxin. PD98059 abrogates the sulforaphane-induced thioredoxin reductase at both mRNA and protein levels in HepG2 cells, although other inhibitors were found less effective. However, both PD98059 and LY294002 significantly decrease thioredoxin mRNA expression in HepG2 cells. None of the inhibitors tested were able to modulate the level of expression of either thioredoxin reductase mRNA or protein in Caco-2 cells suggesting that there are cell-specific responses to sulforaphane. In summary, the dietary isothiocyanate, sulforaphane, is important in the regulation of thioredoxin reductase/thioredoxin redox system in cells.     

植物中铵转运蛋白的研究进展

铵转运蛋白在众多生物中被克隆与鉴定，它是一种广泛存在于微生物、植物细胞及动物的细胞膜上主动转运铵离子的载体，分子量约为48kD，含有10-11个跨膜域。本文阐述了植物铵转运蛋白分离鉴定的过程，对于铵转运蛋白的结构、功能、基因表达调控等方面作了较详细叙述。不同氮素条件下，铵转运蛋白基因通过转录调控表现了对铵离子吸收转运的不同特点，使植物根系在较宽的浓度范围中吸收铵离子，为细胞内铵离子库的内稳态提供了理论依据。铵转运蛋白有助于作物更有效的吸收氮素，为农业生产粮食增收提供了有利保障。     

可变剪切在植物发育和非生物胁迫响应中的作用

可变剪切(AS)主要在转录后水平对植物发育和逆境胁迫响应进行调控,极大地增加了转录组和蛋白质组的复杂性,是植物调控其基因互作网络的分子机制之一。本文简要综述了目前关于AS的分子机理和作用模式,及其在植物发育和非生物胁迫响应中的作用,并结合当前研究现状,对未来AS的研究方向提出建议,为植物生长发育进程调节和优良抗逆性品种的选育提供了一定的理论参考。     

非生物胁迫下植物水通道蛋白的应答与调控

【目的】水分不仅是细胞中各类生命物质合成的必需底物,而且也参与植物体内的养分代谢和渗透平衡的调节。植物中水分的跨膜转运主要是由水通道蛋白(AQPs)所介导的,因此,无论是在植物整体水平还是细胞水平上,水分的吸收以及跨细胞膜系统的转运对于植物的生长发育都是至关重要的。近年来,水通道蛋白作为调节水分的吸收与转运的关键,已成为植物营养与分子生物学特别关注和研究的热点之一。本文从水通道蛋白的种类结构,底物特异性,基因表达特征和调控机制四个方面对水通道蛋白转运水分的机理和转运水分过程中对胁迫的响应机制进行了详细阐述;从水通道蛋白的水分运输和渗透调节功能及其养分运输功能两方面说明了水通道蛋白在植物生长过程中的生理作用;阐述了光照、干旱和低温与水通道蛋白功能之间的关系,明确了水通道蛋白通过表达量的增加或者降低来响应相应环境条件的变化。【主要机理】水通道蛋白通过保持一定结构及对底物运输的特异性来实现对水分的高效运输,通过调整基因的表达量和翻译后修饰等过程实现对水分的高效转运;同时,水通道蛋白可以通过水分的运输实现植物渗透平衡的调节,对部分小分子养分的吸收等功能更是实现了对植物生理和养分吸收的调节;另外,水通道蛋白不仅可以提高植物的抗旱、抗盐能力,对低温胁迫也有一定的响应,还可以与多类逆境胁迫蛋白发生相互作用,共同调节植物的水分和渗透平衡,提高植物应对逆境胁迫的能力,表明植物水通道蛋白对非生物胁迫下的应答机制有待于进一步探索,为植物水通道蛋白的应用研究提供科学的理论支持与材料支撑。     

植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展

【目的】活跃的根际微生物被喻为植物的第二套基因组,在植物的生长发育过程中发挥着关键作用。植物通过根际碳沉积影响根际土壤微生物群落的结构和功能;作为根际微生态系统中的物质流、能量流和信息流,根际碳沉积是连接大气、植物和土壤系统物质循环的重要纽带;因此,理解根际碳沉积在根际微生态中的作用对于提高植物抗逆性,增加作物产量,调控根际养分循环等方面具有重大的理论意义。【主要进展】本文就近年来关于根际微生物领域的研究成果,重点综述了根际微生物多样性和组学研究;根际碳沉积的组成和产生机理;根际微生物群落结构的形成机制;根际微生物在促进作物养分吸收、提高作物抗逆性等方面的生态功能;以及气候变化和长期施肥对植物-微生物互作关系的影响。在此基础上我们提出了未来可能的研究重点和发展方向:1)植物根际沉积物原位收集方法和检测技术的改进和发展;2)稳定同位素探针与分子生态学技术的结合,将植物、土壤和微生物三者有机地联系起来,综合分析根际界面中微生物的活性与功能;3)高通量测序、组学技术和生物信息学等新技术的引入势必使根际微生物学研究发生革命性的变化;4)随着全球气候变化和土壤肥力改变,例如全球变暖、CO2浓度升高和长期施用化肥,根际沉积物在植物-土壤-微生物中的分配与调节机制,以及这种环境选择压力下植物如何诱导根际促生菌发挥更大作用。希望通过平衡作物与微生物之间的相互关系来实现作物的高产高效,促进农田的可持续利用。     

一氧化氮在植物发育及植物–微生物互作中的作用机制研究进展

一氧化氮 (NO) 作为高活性信号分子,是调控植物生长发育的关键因子。NO可提高植物对非生物胁迫及生物胁迫的抗性,增强植物的免疫能力。最新的研究表明,NO在植物根系与微生物的互作过程中发挥着重要作用,NO能够促进植物根系与根瘤菌及丛枝菌根真菌形成共生体,从而提高植物对土壤氮磷养分的获取。NO作为信号物质调控植物对生物胁迫和非生物胁迫抗性的主要机制有:1) NO与活性氧系统互作,调节活性氧的水平,缓解氧化应激反应对植物的伤害;2) NO通过蛋白质的翻译后修饰,对植物免疫及抗逆过程进行调节;3) NO与多种植物激素互作,参与激素对植物生长发育的调节过程。而且NO可促进共生体的形成及发育相关基因表达,抑制免疫基因表达,通过NO与植物球蛋白 (phytoglobin) 的循环维持共生体的氧化还原水平及能量状态,从而促进植物–微生物共生关系。以往关于NO的研究主要集中在前3个方面,有关NO在植物–微生物互作中的作用机制的研究较少,NO参与植物–微生物互作机制的研究亟待加强。揭示NO增强植物抗逆性及其调节根系发育的机制,深入探究NO调控植物–微生物互作的机理,对于提高集约化作物生产体系中养分利用效率和作物生产力具有重要的理论与实践意义。     

一氧化氮与植物激素的相互作用及其关系

NO在植物的生长发育、生理及信号传递过程中有着重要的调节作用。本文通过从植物根系的生长、种子萌发、程序性细胞死亡、光形态的建成、气孔的关闭及抑制其开放、成熟和衰老等方面对一氧化氮（NO）作为植物激素下游的信号分子发挥的生理功能进行了综述,进而对NO与植物激素生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸以及乙烯的相互作用加以讨论,来阐明NO与植物激素之间的关系,并对未来的研究方向作出展望,为NO与植物激素关系的研究提供理论参考。