植物环核苷酸门控离子通道的研究进展

环核苷酸是植物生命活动过程中重要信号通路的信号分子,植物环核苷酸门控离子通道(Cyclic nucleotide-gated channels,CNGCs)的活性可由环核苷酸调控,参与植物的生长发育以及响应各种胁迫等重要生理过程。从植物环核苷酸门控离子通道的分子结构特性、调节和离子选择性以及功能进行了详细综述,总结植物环核苷酸门控离子通道在植物生长发育以及胁迫反应的新进展,对今后植物环核苷酸门控离子通道的研究方向进行展望,以期为植物环核苷酸门控离子通道研究提供参考。     

缺Ca/Fe及盐分胁迫下番茄Pb吸收转运与关键基因的表达关系

选取台湾黄圣女番茄为供试材料,通过水培试验研究缺Ca/Fe及盐分胁迫三种处理对Pb在番茄中富集的影响,并测定不同处理下根部CNGC1(环核苷酸门控非选择性阳离子通道)和HMA3(P1B-ATPase酶)基因的相对表达量,进而探究CNGC1和HMA3基因的表达对番茄吸收累积Pb的影响。结果表明:与对照相比,缺钙处理显著增强了根对Pb的吸收能力并抑制了Pb往地上部转运过程,缺Fe处理对根吸收能力无显著影响而增加了往地上部转运量,盐分处理同时增强了根部吸收及往地上部转运能力;不同处理下番茄根部单位质量Pb净吸收量与CNGC1离子通道的活性水平呈现出极显著正相关(P0.01),说明番茄根部CNGC1离子通道在不同处理下Pb的吸收可能起着重要作用;番茄Pb转运系数与HMA3的表达量呈现极显著负相关(P0.01),说明番茄HMA3的高表达抑制了番茄对Pb的地上转运能力。因此,缺Ca/Fe及盐分胁迫处理对Pb在番茄中富集有不同影响,CNGC1离子通道和HMA3的表达量在一定程度上决定了Pb在番茄中的分布。     

植物CNGC功能研究进展

从结构上看,环状核苷酸门控离子通道（CNGC）是孔-环阳离子通道的超家族,广泛存在于动植物中。根据系统亲缘关系,拟南芥CNGC家族可分为5个亚家族群,它们在抗病、花粉管生长、抗冷热胁迫、抵抗重金属离子毒害和抗盐抗旱等多种信号途径中发挥重要作用, 协助植物细胞应对各种生物与非生物胁迫。主要对CNGC基因家族的结构和生物学功能进行综述性介绍,并对近年来关于该基因家族的最新研究进展进行系统阐述,为深入理解CNGC基因家族在植物生长和发育过程中的重要作用提供帮助。     

植物生长素响应因子基因的研究进展

生长素响应因子(ARF)是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,在生长素的信号传导过程中处于中心位置,它可与生长素响应元件特异结合,促进或抑制基因的表达.介绍了ARF结构特征,生物学功能以及调控机制.植物ARF由3个结构域组成:氨基端的DNA结合结构域(DBD),中间结构域(MR)以及羟基末端的二聚结构域(CTD).中间结构域包括激活结构域(AD)和抑制结构域(RD).在生长素信号转导过程中,ARF主要通过与生长素响应元件结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达.不同的ARF在不同的组织和器官中都有特异表达,同时通过ARF突变体的研究表明:不同的ARF具有各自独特的功能.这些功能特异性的产生,既可以来自在时间和空间表达上的不同,也可能是来自对目的基因启动子的亲和性差异.植物激素、外界环境因子和非编码区小RNA对ARF功能的发挥具有重要的调控作用.     

拟南芥染色质重塑因子AtBRM和AtSWI3C基因的克隆及生物信息学分析

非生物逆境如盐渍、干旱等严重影响植物的生长发育,越来越多的证据表明染色质重塑参与植物响应逆境胁迫,并在该过程中起到重要作用。研究逆境胁迫下植物体内的染色质重塑因子基因表达及信号传导网络调控机制对于阐明植物的逆境响应反应及培育耐逆性作物具有重要的理论和现实意义。对拟南芥SWI/SNF染色质重塑复合体亚基AtBRAHMA(AtBRM)和AtSWI3C进行初步研究发现,AtBRM和AtSWI3C均含有核定位信号,AtBRM蛋白具有SNF2_N结构域,为ATPase亚基;同时,AtBRM还含有维持蛋白与组蛋白相互作用的BROMO结构域和维持蛋白蛋白间作用的QLQ结构域,而AtSWI3C则含有与DNAbinding的相关结构域;二者的启动子区域均包含与ABA调控和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。     

植物B、C类热激转录因子研究进展

热激转录因子(HSFs)在调控植物生长发育和胁迫响应中具有重要的作用。根据结构的不同,植物HSFs可分为A、B和C三类。由于B类和C类HSFs缺少AHA转录激活结构域,因此人们对HSFs的研究重点放在了A类。但近年来越来越多的证据表明B类和C类HSFs在调控植物生长发育和响应逆境胁迫的过程中也具有重要的作用,并日益得到人们的重视。本文综合了近几年的研究结果,对植物B类和C类HSFs的结构、组成以及生物学功能作了简要综述,以期为其研究和利用提供参考。     

甘薯SPF1转录因子的生物信息学分析

WRKY蛋白是一类植物特有的转录因子超家族,SPF1是第一个从植物(高系14)中克隆的WRKY家族基因。借助生物信息学手段,对甘薯SPF1蛋白组成、结构和功能进行分析预测。结果表明,SPF1编码蛋白含有丰富的丝氨酸位点,并含有2个WRKY保守结构域,分别带有CX_4CX_(22)HXH和CX_4CX_(23)HXH锌指结构,分别形成4个和5个β-折叠片。SPF1和甘薯祖先种Ipomoea trifida WRKY结构域均具有非常保守的WRKYG(Q/K)K氨基酸序列,并且C端WRKY结构域的保守性比N端WRKY结构域的低。系统进化树分析结果显示,蛋白N端和C端的WRKY结构域分属2个不同的分支。蛋白结构预测结果显示,SPF1 WRKY结构区(204~445 aa)处于蛋白三维结构的内侧,形成非亲水性靶标DNA结合区。SPF1作为转录因子,在调控细胞核基因表达的同时,其蛋白N端序列具有叶绿体定位功能。推测SPF1可能参与细胞核和叶绿体的基因表达调控。     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的生物信息学分析

[目的]为改造磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因、提高PEPC活性寻找线索。[方法]对GenBank上登录的PEPC的cDNA序列、氨基酸序列进行BLAST搜索,运用生物信息学方法进行信号肽分析、亚细胞定位、结构域分析以及PEPC蛋白质氨基酸序列的同源性分析和系统进化树分析。[结果]共搜寻到62个PEPC蛋白质序列,绝大多数属于C3植物,9个属于C4植物。绝大多数PEPC没有存在信号肽的可能性。62个PEPC蛋白的亚细胞定位基本一致,均具有Phosphoenolpyruvate carboxylase结构域,未发现其他结构域。通过进化树分析可分别将C3植物和C4植物的PEPC酶分成4组和3组。62个PEPC蛋白质氨基酸序列的同源性为86.70%,而其在19个C3植物和9个C4植物中则分别为89.63%和89.61%。[结论]C4植物PEPC的423位上的丙氨酸和862位上的酪氨酸高度保守,而C3植物的428位和871位的氨基酸则缺少同源性,可能与C3和C4植物PEPC的活性差异有关。     

梨果黑斑病菌钙调磷酸酶基因生物信息学分析及其对侵染结构分化的调控作用

为揭示梨果黑斑病菌Alternaria alternata CaN基因的调控作用,采用RT-PCR技术克隆A.alternata CaN基因,利用在线工具对其基因及其编码蛋白进行生物信息学分析;同时分析其在A.alternata侵染结构分化过程中的表达特性;并进一步以钙调磷酸酶专一性抑制剂环孢菌素A(CsA)处理研究其对A.alternata侵染结构分化和致病性的影响。结果A.alternata克隆得到CNA和CNB基因,分别命名为AaCNA(GenBank NW＿017306222)和AaCNB(GenBank NW＿017306193),生物信息学分析表明AaCNA和AaCNB均无跨膜结构,且具有多个磷酸化位点,主要定位于细胞核上;AaCNA包括一个N端催化结构域、CNB结合结构域、钙调素CaM结合结构域和自抑制蛋白结构域,AaCNB具有4个EF-hand Ca²⁺结合位点。qRT-PCR分析表明,在疏水及果蜡诱导A.alternata侵染结构分化过程中AaCNA和AaCNB基因表达量均显著上调,且果蜡诱导作用更明显。药理学表明,环孢菌素A处理显著抑制疏水性和...     

番茄WRKY转录因子功能的研究进展

WRKY转录因子是近20多年来发现的植物特有的最大的转录因子家族之一。WRKY的名称来源于基因中最显著的氨基酸序列特征WRKY结构域。WRKY结构域是一个高度保守的区域,由60个氨基酸组成,在其N端有1个保守的七肽段WRKYGQK,然后是1个分子式为C₂H₂或C₂HC的锌指基序。目的基因中保守的WRKY结构域同源结合位点称为W box(C/TTGACT/C),几乎所有WRKY转录因子都优先结合该位点。越来越多的研究证实,WRKY转录因子在植物生长发育过程中扮演着重要角色。本文简要介绍了WRKY转录因子家族的分子结构特征及分类,并综述了番茄WRKY转录因子在响应生物与非生物逆境胁迫、调控生长发育、激素信号转导等方面的生物学功能,以期为进一步研究番茄WRKY基因家族的调控机制提供理论基础与研究思路。     

拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

植物NAC转录因子的结构及功能研究进展

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC1/2)转录因子是植物特有的一类转录因子家族,在植物生长发育、生物及非生物胁迫反应中具有重要的调控作用。NAC蛋白的N端均存在1个高度保守的NAC结构域,而C端是变化的转录调控区。通过总结前人的研究进展,综述NAC转录因子在植物分生组织和器官边界的形成、根的发育、植物细胞次生壁的生长、植物衰老、激素调控和胁迫反应等过程中的重要调控作用,指出今后NAC转录因子的研究方向。     

植物特有的YABBY基因特征与功能研究现状

本文基于国内外YABBY基因研究文献,结合基因生物信息数据,对YABBY基因家族的特点和分类、YABBY转录因子对植物次生代谢的调控以及多物种YABBY基因研究现状进行了理论总结,综述了YABBY基因家族特征与功能研究的进展,为后续研究植物YABBY基因及其转录因子提供依据。研究表明,YABBY基因家族具有两个高度保守的结构域,即锌指结构域和YABBY结构域。根据YABBY基因在被子植物中的不同表达模式,该基因可分为“营养型”和“生殖型”两类。YABBY基因是植物特有的一类转录因子家族,对植物的生长发育起着重要作用。     

植物也“补钙”科学家发现水稻抗低温分子机制

正中国农科院作物科学研究所万建民院士团队,系统阐释了钙离子通道蛋白Os CNGC9调控水稻对低温响应和耐受的分子机制。相关研究成果在线发表于《分子植物(Molecular Plant)》。     

大白菜BrCNGC全基因组鉴定及其表达分析

[目的]本文旨在研究大白菜环核苷酸门控离子通道基因(BrCNGC)的进化关系、结构特征、染色体定位及其表达模式。[方法]通过生物信息技术对大白菜BrCNGC进行分子进化分析、功能结构分析、染色体定位分析、保守结构域分析,并且通过荧光定量PCR分析该基因家族在脱落酸(ABA)+芜菁花叶病毒(TuMV)、水杨酸(SA)+TuMV、茉莉酸甲酯(MeJA)+TuMV和抗坏血酸(AsA)+TuMV处理下的表达差异。[结果]大白菜BrCNGC家族有26个成员,可分为4个组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),其中第Ⅳ组又可以分为2个亚组(Ⅳa和Ⅳb)。它们分布在9条染色体上,1号染色体上BrCNGC数量最多(有5个),5号染色体上只有1个BrCNGC基因,而8号染色体上没有BrCNGC基因分布。基因结构分析表明:该家族基因中共鉴定出10种motif,其中有14个BrCNGC蛋白都包含这10种motif,同组成员之间的motif组成相似。荧光定量PCR结果表明:在植物生长调节剂与TuMV相互作用下,大部分BrCNGC的表达量上调,少数BrCNGC的表达量下调。[结论]大白菜BrCNGC结构高度保守,其在大白菜抵御TuMV侵染过程中发挥一定的作用,该发现为以后进一步研究BrCNGC的功能奠定了基础。     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box)发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

水分胁迫诱导的玉米叶片钙调素基因表达及其与ABA和H_2O_2的关系

以玉米(Zea mays L.)为材料,探讨了水分胁迫下玉米钙调素(CaM)基因CaM1、CaM2和CaM3在叶片中转录水平的变化;并对水分胁迫下脱落酸(ABA)积累和H2O2产生与CaM基因表达的关系进行了研究.结果表明,25% PEG 6000模拟的水分胁迫能够诱导上述玉米CaM基因在叶中的表达,其中对CaM1和CaM3的影响较为显著,3个基因具有各自不同的表达模式.外源ABA处理也能显著诱导这3个基因的表达,施用ABA合成抑制剂FLU明显抑制了水分胁迫下CaM基因表达,暗示水分胁迫下CaM基因表达增强依赖于ABA的积累.外源H2O2处理下3个CaM基因均出现2次表达增强的情况,ROS抑制剂或清除剂并不影响外源ABA诱导的CaM基因的前期表达,仅抑制了后期表达,暗示H2O2参与ABA诱导的CaM基因表达后期的调控,它们之间可能存在交谈机制,并且这种机制在不同CaM基因之间具有普遍性.     

陆地棉CNGC全基因组鉴定及表达分析

环状核苷酸门控通道(CNGC)基因家族是非选择性阳离子通道基因家族之一,在与植物发育和环境胁迫等有关的生理生化过程中起着至关重要的作用,但是目前尚无陆地棉CNGC基因家族的全基因组鉴定和分析.基于已知的拟南芥CNGC基因家族成员序列信息,以生物信息学方法分析陆地棉基因组中CNGC家族成员的理化性质、系统发育、染色体定位和差异表达情况.结果表明,共鉴定出33个GhCNGC基因,它们不均匀地分布在A、D染色体亚组上,其中15个基因分布在A染色体亚组上,18个基因分布在D染色体亚组上.系统发育分析结果表明,GhCNGC基因家族被分为4个主要组,由于在进化过程中不均等地扩增,Ⅳ组又分为Ⅳa和Ⅳb组.同组陆地棉、拟南芥的CNGC基因显示出相似的保守基序和基因结构,尤其是同源性越近,相似度越高.GhCNGC基因的表达谱以组织特异性模式表达,多数基因在根、叶中的表达量较高.研究结果使人们增加了对陆地棉和其他植物中CNGC基因家族的了解.     

43种植物CaM1基因密码子使用特征及遗传差异分析

为深入了解不同类植物CaM1基因(calmodulin 1,简称CaM1)在抵抗逆境进化过程所形成的密码子的使用特征和遗传差异。运用CodonW、BioEdit和MEGA软件对43种植物序列进行分析,并构建系统发育树。结果表明,CaM1基因对密码子的使用具有极强的偏好性,CUC、AUC、UCU、CCA、ACU、UGA为其最优密码子,禾本目植物更偏好使用G/C碱基。G、C碱基含量和位置是引起CaM1基因密码子偏性的主要原因。遗传距离分析表明,山柑目与白花菜目之间的亲缘关系最近,豆目和无患子目间的亲缘关系次之,与聚类分析结果相符。     

植物WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子是一个大的植物转录因子家族。该转录因子家族最显著的特征是家族各成员至少包含一个WRKY结构域,该结构域的N-端有一个高度保守的WRKYGQK基序,C-端为一个锌指类似结构域(zinc-finger-like motif),一般组成为C-X_(4-5)-C-X_(22-23)-H-X-H。WRKY转录因子通过WRKY结构域与下游目标基因启动子区的W-box进行特异性结合从而调控目标基因的表达。研究表明,WRKY蛋白除了广泛参与植物种子萌发与休眠、叶片衰老、代谢、激素信号转导外,还参与生物和非生物胁迫等生理生化反应过程的调控等新功能。综述了国内外有关WRKY转录因子的研究进展,讨论了其在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫过程中发挥的调控功能,以期为全面研究WRKY转录因子家族的结构和功能提供新的观点。