水通道蛋白与高等植物的耐盐性

水通道蛋白是一类特异的、高效转运水及其它小分子底物的整合膜蛋白,在植物中具有丰富的亚型。水通道蛋白通过转录调控、门控机制、聚合调控、重新定位等多种活性调控方式影响细胞膜系统的通透性,参与调节植物的水分吸收和运输。盐害引起渗透胁迫、离子毒害、活性氧胁迫,影响植物生长;水通道蛋白通过多种调控方式,全程参与植物的盐胁迫应答。结合水通道蛋白的功能特征及盐胁迫对高等植物的影响,综述了水通道蛋白在植物盐胁迫应答过程中的功能,并探讨了水通道蛋白研究的重点方向。     

水通道蛋白在植物抗逆中的功能及调控研究进展

水通道蛋白是广泛存在的一类膜蛋白,具有转运水和其他小分子的功能,在植物生长发育、逆境适应、气孔运动等方面发挥着重要作用。随着对水通道蛋白研究的逐渐深入,近年来水通道蛋白在植物抗逆中的功能及调控机制研究取得了一系列重要进展。综述了植物水通道蛋白的基本特征、分类、抗逆功能和调控机制。     

植物水通道蛋白研究综述

植物所有的生长发育过程都与水分传导息息相关,而植物水通道蛋白(AQPs)在维持植物体内水分平衡中有着重要意义。植物水通道蛋白通过改变质膜的水分渗透性促进了水在细胞间的流动。植物水通道蛋白不仅是水选择性通道蛋白,同时还具有许多生理生化功能,是一类多功能蛋白。它在水分及其他物质运输、细胞伸长与分化、气孔运动等生理过程中均扮演着重要角色。植物水通道蛋白基因在植物所有的组织中都能够表达,有些是受环境因子或激素诱导表达的,还有一些是植物组织或器官特异表达的。从结构、生理功能和基因表达等方面综述了植物水通道蛋白研究领域最新进展。     

水稻水通道蛋白OsPIP2-6的亚细胞定位研究

[目的]探讨水稻水通道蛋白OsPIP2-6的亚细胞定位。[方法]克隆了水稻中的重要通道蛋白OsPIP2—6基因,构建了瞬时表达载体,通过基因枪法在洋葱表皮中进行瞬时表达,并通过激光共聚焦显微镜进行了观察。[结果]水稻水通道蛋白OsPIP2-6主要定位在细胞质膜上,证明了OsPIP2-6是个水通道蛋白。[结论]为植物水通道蛋白的深入研究提供了理论依据。     

水稻水通道蛋白OsPIP2-6的亚细胞定位研究（摘要）

[目的]探讨水稻水通道蛋白OsPIP2-6的亚细胞定位。[方法]克隆了水稻中的重要通道蛋白OsPIP2-6基因,构建了瞬时表达载体,通过基因枪法在洋葱表皮中进行瞬时表达,并通过激光共聚焦显微镜进行了观察。[结果]水稻水通道蛋白OsPIP2-6主要定位在细胞质膜上,证明了OsPIP2-6是个水通道蛋白。[结论]为植物水通道蛋白的深入研究提供了理论依据。     

水通道蛋白基因OsPIP2;6的功能分析

【目的】分析水稻过表达OsPIP2;6在逆境胁迫条件下的表型差异,探讨水通道蛋白基因在水稻逆境应答中的作用。【方法】构建水稻水通道蛋白OsPIP2;6的过表达载体,通过农杆菌介导将其导入水稻日本晴的愈伤中,经遗传转化,阳性鉴定,得到转基因植株。通过逆境胁迫下转基因植株的表型分析来探讨OsPIP2;6的功能。【结果】Real-time PCR结果显示,OsPIP2;6受GA、ABA调控。转基因植株的OsPIP2;6表达量显著提高。正常条件下,转基因植株与野生型植株生长发育情况并无显著差异。在逆境胁迫条件下,转基因植株的耐受能力均显著强于野生型植株。【结论】过表达水稻水通道蛋白基因OsPIP2;6的转基因植株表型显示,OsPIP2;6在水稻的抗旱、抗水淹和抗盐中发挥作用。     

虾肝肠胞虫水通道蛋白基因 EHP00_492 的克隆与表达特征分析

【目的】克隆虾肝肠胞虫（Enterocytozoon hepatopenaei,EHP）水通道蛋白编码基因 EHP00_492,分析其在 EHP 成熟孢子中的表达特征,为研究 EHP 水通道蛋白的功能提供理论基础。【方法】以虾肝肠胞虫为材料,克隆获得完整的 EHP00_492 基因,对其进行序列特征分析,构建 pCold-TF-EHP00_492 重组表达载体,转化至大肠杆菌中异源表达重组蛋白,制备兔多克隆抗体。利用蛋白免疫印迹实验和间接免疫荧光实验分析 EHP00_492 在 EHP 成熟孢子中的表达定位特征。 【结果】 EHP00_492 的编码基因全长 729 bp,由 242 个氨基酸组成,富含亮氨酸,预测分子量为 25 kD,无信号肽,含有 6 个跨膜结构域,具有 MIP 蛋白家族结构域和 2 个水通道蛋白保守的 NPA/G 基序。此外,EHP00_492 与其他微孢子虫水通道蛋白序列同源性较高,系统进化树分析结果显示,EHP00_492 与毕氏肠胞虫 EBI_27080 蛋白亲缘关系最近。AlphaFold 分析发现,EHP00_492与已鉴定的家蚕微孢子虫水通道蛋白 NbAQP 和兔脑炎微孢子虫水通道蛋白 EcAQP 的蛋白质三维结构高度相似,推测 EHP00_492 是一个潜在的水通道蛋白。蛋白免疫印迹结果显示,EHP00_492 蛋白在 EHP 成熟孢子中有表达,分子量为 21 kD。亚细胞定位分析结果显示,EHP00_492 蛋白定位于 EHP 成熟孢子的孢壁上。【结论】初步明确了 EHP00_492 蛋白的序列特征、结构特征及其与其他微孢子虫水通道蛋白的亲缘关系,以及其在 EHP 成熟孢子中的表达定位特征,可为进一步研究 EHP 水通道蛋白的功能提供基础。     

灰飞虱水通道蛋白基因克隆及其与杀虫剂代谢的关系

[目的]水通道蛋白是细胞膜内嵌蛋白超家族的主要成员,具有传输水分子以及小分子化合物进出细胞膜的功能,本研究目的是分析重要农业害虫灰飞虱体内水通道蛋白功能及其与杀虫剂代谢之间的关系。[方法]根据转录组数据,采用PCR和RACE技术对灰飞虱体内的水通道蛋白基因进行了克隆,并利用进化树对获得的基因进行亲缘关系的分析验证,利用实时荧光定量PCR技术分析这些基因在灰飞虱抗、感品系间的表达量差异,利用体外表达技术分析其转运活性。[结果]从灰飞虱体内克隆获得了6个灰飞虱水通道蛋白基因全长序列,分别命名为LsAQP1、LsAQP2、LsAQP3、LsAQP4、LsAQP5和LsAQP6,其中LsAQP6在灰飞虱的不同抗性品系里均高表达。体外功能表达试验显示:LsAQP6对水具有很强的转运能力,对灭多威也具有显著的转运能力,但对甘油和杀虫双的转运能力不显著。[结论]LsAQP6在灰飞虱体内对水和某些小分子农药具有转运作用。     

山核桃水通道蛋白CcPIP同源基因克隆与表达分析

利用RACE方法,在山核桃嫁接过程中扩增出山核桃水通道蛋白同源基因CcPIP。应用生物信息学软件进行分析,预测该序列编码294个氨基酸,具有6个跨膜区,有MIP家族信号序列和高等植物PIP高度保守序列。通过NCBI同源性比较分析表明,该基因与葡萄、菜豆等物种的水通道蛋白基因同源性达到99%。荧光定量RT-PCR分析表明,CcPIP基因在芽中的表达量最低,其次是雄花序,果实,幼叶和茎,而在根中表达量最高。在山核桃嫁接前后,CcPIP基因在接穗中表达趋势和在砧木中的表达一致。CcPIP基因的表达量在山核桃嫁接前砧木和接穗中都有强烈表达,但在嫁接后3 d急剧下降,分别在砧木和接穗中下降了5倍和2倍。在随后的11 d里,CcPIP基因的表达量在砧木和接穗中开始上升,至嫁接后14 d基因的转录水平比嫁接后3 d分别增加了7倍和4倍。该CcPIP基因参与山核桃嫁接成活的水分运输过程中起到基因表达调控的作用。     

辣椒水通道蛋白基因CaAQP的克隆与序列分析

 【目的】分析辣椒水通道蛋白基因CaAQP的序列特征,并研究其在抗寒品种P70中经4℃低温胁迫处理后的表达模式,为探讨辣椒的耐寒机理及辣椒品种耐寒性改良积累资料。【方法】利用RACE 技术进行cDNA全长克隆,采用生物信息学软件分析克隆基因的编码蛋白特性,并以4℃低温胁迫处理不同时间的抗寒品种P70为材料,利用Real time-PCR分析所克隆基因在辣椒低温胁迫前后的表达模式,以25℃处理为对照。【结果】在4℃低温胁迫处理后的耐寒辣椒品种P70叶片中分离到与水通道蛋白基因相关的差异表达片段,并利用RACE技术克隆得到该基因的全长cDNA,命名为CaAQP,登录号为GU116569。序列分析表明,该基因大小为1 032 bp,含5′非编码区为69 bp,3′非编码区为210 bp,CDS长753 bp,编码250个氨基酸, 蛋白分子量为25.7 kD。应用生物信息学软件对CaAQP分析表明,CaAQP含有6个跨膜区,有2个NPA单元,其氨基酸残基与MIP家族蛋白保守区序列完全一致。氨基酸序列比对发现,该序列与其它物种TIP类液泡膜水通道蛋白氨基酸序列有很高的同源性。聚类分析表明,CaAQP与番茄液泡膜水通道蛋白遗传距离最近,与禾本科的玉米和大麦遗传距离相对较远。Real time-PCR分析结果证实,该基因在低温胁迫下呈现下调表达的趋势。【结论】利用cDNA-AFLP并结合RACE技术首次在耐寒辣椒品种中克隆了水通道蛋白基因CaAQP,该基因属于MIP蛋白家族的一员,具有其典型的功能域,表达模式分析表明,该基因在低温胁迫过程中具有重要的调控作用,该研究结果为进一步探讨辣椒逆境胁迫过程中基因表达调控机制提供了重要信息。     

植物质膜内在水通道蛋白PIPs的分子生物学研究进展

水是植物细胞的重要组成成分,植物水通道蛋白是细胞间和细胞内水分快速运输的主要通道,作为植物水通道蛋白的一个亚类,质膜内在蛋白PIPs定位于原生质膜,为典型的高水分选择性通道蛋白。主要介绍了PIPs的结构特征、生物学功能及其调控机制。高等植物PIPs存在2个高度保守的区域:GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VFWF/YN。PIPs分为PIP1和PIP2亚类,PIP1比PIP2具较长的N－端和较短的C－端,并且具有各自的保守氨基酸。通过转基因和非洲爪蟾卵Xenopus oocytes母细胞异源表达研究表明PIPs不仅是水和二氧化碳、甘油等中性小分子选择性通道蛋白,同时还具有许多生理功能,是一类多功能蛋白。蛋白翻译后修饰、异聚化、pH值、二价阳离子等都能调控PIPs的运输功能。表1参51     

枣树水通道蛋白基因生物信息学分析及原核表达载体的构建

利用生物信息学软件对已获得的枣树水通道蛋白基因cDNA序列ZjPIP2(DDBJ/EMBL/GenBank的注册号为:AB530493)进行了同源性及功能位点等多项参数分析,结果表明,此序列为全长846 bp的开放读码框(ORF),编码281氨基酸,分子量为29.87 kD,理论等电点为8.77;具有膜蛋白(MIP)家族典型的保守氨基酸序列HINPAVTFG和2个NPA保守肽段。序列相似性分析表明,该蛋白与已知的其他12种植物膜蛋白中的水通道蛋白具有极高的同源性,属于水通道蛋白的质膜膜内蛋白PIP2类。三级结构预测表明,其与菠菜(Spinacia oleracea)水通道蛋白(1z98A)有相似的三维结构。以克隆载体pSPORT1携带的枣树水通道蛋白基因cDNA序列为模板,PCR扩增后,经BamHⅠ和SalⅠ消化,与pET28a载体进行重组连接,测序结果显示,其原核表达载体构建成功。此结果为研究枣水通道蛋白基因在植物组织的分布、生物学功能以及可能的活性调节方式奠定了基础。     

调控苯丙烷类生物合成的MYB类转录因子研究进展

大多数植物的次级代谢产物来源于苯丙烷代谢途径,苯丙烷类化合物对植物的生长发育及应答逆境胁迫有重要作用, 同时与人们的生产生活密切相关。随着大量有生物活性苯丙烷类化合物的发现,苯丙烷类生物合成及调控已成为研究热点。目前从植物中已分离出大量的调控木质素、类黄酮、花青素合成的转录因子基因,并对它们的结构、功能及表达模式进行了分析研究;同时发现一些转录因子结合相应顺式作用元件,特异性调控苯丙烷代谢途径相关基因的表达,从而增强植物对环境胁迫的抗性,本文为研究MYB转录因子对苯丙烷类的调控规律提供理论参考。     

植物水孔蛋白的生理功能及其基因表达调控的研究进展

在植物细胞的原生质膜和液泡膜上存在水孔蛋白，它们在水分长途运输、渗透调节等方面具有重要的生理作用。在植物组织中水孔蛋白的分布与其生理功能具有密切的关系，编码水孔蛋白的基因的表达受环境因子的影响，存在多种调控机理，继续对植物水孔蛋白的生理进行研究具有重大的实际意义。     

二氢黄酮醇-4-还原酶基因的结构与功能研究

二氢黄酮醇-4-还原酶（DFR）是花色素苷生物合成途径的关键酶,其基因已从多种植物中克隆出来。从该基因的结构、功能和表达特性等方面进行了总结,为DFR基因的进一步研究和利用提供参考。     

植物花青素生物合成转录调控研究进展

花青素是高等植物中发现的一种次生代谢物,能够决定花和果实的颜色,保护植物免受各种生物和非生物胁迫损伤。花青素生物合成由一系列结构基因编码的酶催化完成,属于类黄酮途径一个特异分支,其合成结构基因的表达受由MYB、bHLH和WD40 3类转录因子组成的MBW（MYB-bHLH-WD40）转录复合体协同调控。文章主要就MYB、bHLH和WD40 3类转录因子在调节结构基因表达和花青素合成中的功能和作用进行综述。     

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     

薄壳山核桃全基因组LBD基因家族的生物信息学分析

  目的  研究薄壳山核桃Carya illinoensis LBD基因家族结构特征、进化模式和在胚发育过程中的表达模式。  方法  运用生物信息学手段鉴定薄壳山核桃LBD基因,分析该基因结构特征、系统发生学关系、显花植物中的进化历史和在胚发育过程中3个关键阶段的表达模式。  结果  薄壳山核桃全基因组中一共鉴定到52个候选LBD基因。根据基因结构、系统发生学最大似然树和Motif分析可分为3类:GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ。多序列比对分析中,52个LBD基因LOB结构域中鉴定出3个重要的结构:CX₂CX₆CX₃C锌指结构、高度保守的甘氨酸GAS结构和亮氨酸拉链(zipper-like)结构,并且在3类内都分别发生了特异性的的变异或者缺失。根据代表性显花植物LBD基因家族的系统发生学分析,从变异程度看GroupⅠ和GroupⅡ相对较为保守,而GroupⅢ内的所有LBD基因共享1支较长的分支,它们已发生了较大的变异,可能已经分化出新的功能。表达分析结果显示:LBD基因家族参与调控胚发育过程,通常控制子叶的发育和形态建成。薄壳山核桃LBD基因中又有在整个胚发育过程中都高表达的一簇基因,这些基因可能在胚发育过程中发挥了更加重要的作用。  结论  薄壳山核桃全基因组中共获得LBD基因52个,共可分为3个亚家族,不同的亚家族具有不同的基因结构、蛋白质结构、进化模式和表达模式,转录组表达分析显示:不同亚家族之间在胚发育不同阶段具有差异性表达,它们共同参与调控薄壳山核桃胚发育过程。图5表2参47