液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白研究进展

土壤盐渍化是造成全世界农作物减产的主要非生物胁迫因素之一,盐渍化土壤中过多的Na~+是使植物生长受到抑制的主要阳离子。植物细胞中的液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白(NHX)是应对盐胁迫的一种重要离子转运蛋白,盐胁迫下NHX可以调控植物体内的离子稳态平衡及细胞内的pH,对提高植物耐盐性具有非常重要的作用。简要概述了近年来液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白的亚细胞定位与结构特点、主要生理功能及其与植物耐盐性关系等方面的研究进展,以期为相关研究提供参考。     

大米草Na~+/H~+逆转运蛋白基因片段的克隆(英文)

根据水稻的保守区设计引物,利用PCR体外扩增技术,从大米草中克隆Na+/H+逆转运蛋白基因片段.克隆出了一段长度为862 bp的DNA序列,结果表明它与水稻、大麦、小麦、棉花、拟南芥等植物的Na+/H+逆转运蛋白基因序列具有很高的同源性,证明该序列确属Na+/H+逆转运蛋白基因的部分片段.     

植物耐盐分子机制研究进展

盐胁迫是影响植物生长发育的重要非生物胁迫之一，严重制约农业生产和经济发展，盐渍化农田的利用已成为一个世界性问题。研究植物耐盐机理、培育耐盐植物新品种对充分利用盐渍化农田具有重要的理论意义和应用价值。目前，越来越多参与盐胁迫应答的基因被发现和揭示。 当植物处于高盐环境时，细胞中的多种蛋白参与盐胁迫响应。细胞壁上的类受体激酶和细胞壁的组分对盐胁迫产生应答，细胞膜上的 GIPC 鞘脂作为 Na+ 受体与 Na+ 结合后引起细胞表面电势变化，产生钙信号以激活下游调控通路，细胞膜上的钾离子通道蛋白和 Na+/H+ 逆转运蛋白介导 Na+ 流入和外排。液泡膜上的 Na+/H+ 逆转运蛋白将细胞质中过多的 Na+ 区隔化至液泡内。此外，转录因子也参与植物适应盐胁迫的转录调控，在植物耐盐调控中起重要作用。本文基于耐盐调控因子的亚细胞定位，综述近几年已报道的植物耐盐分子机制，总结耐盐基因在提高植物耐盐性中的作用，并对其应用前景进行展望，旨在为植物耐盐分子育种提供参考、为盐渍化农田改良提供科学依据。     

大豆GmNHX1基因克隆及其在酵母中的耐盐性分析

Na~+/H~+逆向转运蛋白基因在植物响应盐胁迫中具有重要作用。本研究从耐盐大豆品种‘冀豆7号'克隆Na+/H+逆向转运蛋白基因GmNHX1,并利用酵母突变体对该基因的功能进行了初步研究。结果发现,GmNHX1包含1 641 bp的开放阅读框,编码546个氨基酸,有典型的Na~+/H~+逆向转运蛋白特征,与已知功能的液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白具有较高同源性。半定量分析结果表明,GmNHX1受盐胁迫上调表达,在相同浓度盐胁迫下该基因在叶片中的表达量高于根系;耐盐品种‘冀豆7号'在200 mmol/L NaCl胁迫下,其GmNHX1的表达相较0 mmol/L NaCl处理下的表达增加了225%,而盐敏感品种‘冀豆17'只增加了94%。利用nhx1盐敏感酵母突变体进行功能互补试验,结果发现在50,200 mmol/L NaCl胁迫条件下,转GmNHX1酵母突变体菌株生长速度高于对照,GmNHX1具有恢复nhx1酵母突变体耐盐性的功能。     

自贡大公古盐井中嗜盐菌的Na~+/H~+离子逆转运蛋白基因筛选

[目的]筛选四川自贡大公古盐井中嗜盐微生物的Na+/H+离子逆转运蛋白基因,并对其结构和编码蛋白进行分析。[方法]构建自贡大公古盐井中嗜盐微生物的Na+/H+离子逆转运蛋白宏基因组文库,通过与Na+/H+离子逆转运蛋白基因缺陷宿主菌株E.coliKNabc的功能互补筛选Na+/H+离子逆转运蛋白基因。并通过生物信息学方法对该基因的起始密码子、终止子、ORF、-35区、-10区和SD序列以及编码蛋白的分子量、等电点、疏水区域、跨膜区域、系统进化和耐盐特性进行分析。[结果]筛选到1个新的Na+/H+离子逆转运蛋白基因m-nha,该基因能够赋予E.coli KNabc在盐和碱性条件下良好生长的能力。[结论]由于m-nha编码蛋白在氨基酸序列和结构上不同于以往报道的Na+/H+离子逆转运蛋白,故鉴定该基因为1个新的Na+/H+离子逆转运蛋白基因。该研究结果对于理解古盐井中嗜盐微生物的嗜盐机制,开发利用古盐井中的基因资源及寻找新的耐盐基因具有重要的意义。     

自贡大公古盐井中嗜盐菌的Na~+/H~+离子逆转运蛋白基因筛选(英文)

[目的]筛选四川自贡大公古盐井中嗜盐微生物的Na+/H+离子逆转运蛋白基因,并对其结构和编码蛋白进行分析。[方法]构建自贡大公古盐井中嗜盐微生物的Na+/H+离子逆转运蛋白宏基因组文库,通过与Na+/H+离子逆转运蛋白基因缺陷宿主菌株E.coliKNabc的功能互补筛选Na+/H+离子逆转运蛋白基因。并通过生物信息学方法对该基因的起始密码子、终止密码子、ORF、-35区、-10区和SD序列以及编码蛋白的分子量、等电点、疏水区域、跨膜区域、系统进化和耐盐特性进行分析。[结果]筛选到1个新的Na+/H+离子逆转运蛋白基因m-nha,该基因能够赋予E.coliKN-abc在盐和碱性条件下良好生长的能力。[结论]由于m-nha编码蛋白在氨基酸序列和结构上不同于以往报道的Na+/H+离子逆转运蛋白,故鉴定该基因为1个新的Na+/H+离子逆转运蛋白基因。该研究结果对于理解古盐井中嗜盐微生物的嗜盐机制,开发利用古盐井中的基因资源及寻找新的耐盐基因具有重要的意义。     

小麦耐盐相关基因TaRSTR的克隆与功能分析

高盐是限制植物生长和发育的重要非生物胁迫因子。以耐盐小麦RH8706-49根部基因表达谱芯片结果为基础,利用电子克隆和RT-PCR方法克隆了一个盐胁迫时上调表达的基因,命名为TaRSTR(登录号:EU263918)。荧光定量PCR分析证实该基因受盐胁迫诱导表达,亚细胞定位结果显示TaRSTR蛋白定位在细胞核里。TaRSTR过表达提高了转基因拟南芥在盐胁迫下的种子萌发率及成年植株的耐受性。TaRSTR基因过表达可显著提高已知耐盐相关基因At FRY1、At P5CS1和AtRD29B的表达量,推测TaRSTR基因通过这些标记基因提高了转基因拟南芥的耐盐性。上述结果表明TaRSTR基因过表达能提高植株的耐盐性,是植物耐盐的正调节子。     

水稻抗白叶枯病相关基因的亚细胞定位

利用亚细胞定位技术对水稻抗白叶枯病相关基因的表达产物进行了分析,为基因功能分析提供了重要信息。通过前期基因芯片筛选、半定量/定量PCR的验证及基因功能注释,从高抗白叶枯病水稻品种Y73中筛选了18个潜在的与抗白叶枯病相关的基因,并在烟草叶片细胞中进行亚细胞定位分析。通过观察融合有绿色荧光标记(sGFP)的表达产物,初步了解这些基因在烟草细胞中的表达位置。经过激光共聚焦显微镜观察后发现: 其中4个基因的 sGFP 融合蛋白定位于细胞核上,可能发挥了转录因子的功能;4个基因的 sGFP 融合蛋白定位于细胞质膜上,推测可能与细胞质膜的稳定或控制蛋白转运相关;4个基因的 sGFP 融合蛋白同时定位于细胞核和细胞质膜上;另有6个基因的 sGFP 融合表达后没有观察到明显的定位信号。     

海马齿Na~+/H~+逆转运蛋白基因SpNHX1的克隆及表达模式

从盐生植物海马齿中克隆了Na+/H+逆转运蛋白基因SpNHX1,生物信息学分析结果表明,Sp NHX1蛋白与拟南芥At NHX1和At NHX2的相似度分别达到了76.35%和77.12%,从而推测,SpNHX1可能具有与At NHX1和At NHX2相似的功能,能将Na+区隔到液泡中,提高植物耐盐性。采用荧光定量PCR的方法,对SpNHX1基因在4种胁迫(600 mmol·L-1Na Cl胁迫、100μmol·L-1ABA胁迫、4℃低温胁迫、20%PEG6000干旱胁迫)下的表达量进行了研究。结果表明:SpNHX1基因在根和茎中受盐胁迫诱导上调表达,叶中表达量变化较小;而在ABA胁迫、4℃低温胁迫、20%PEG6000干旱胁迫下,SpNHX1基因的表达受胁迫影响较小,且没有规律性。说明SpNHX1基因的表达与其耐盐性相关,且表达具有组织特性。     

Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物耐盐性研究

盐胁迫是影响植物生长发育及产量的重要非生物因素。一定浓度的盐分可以通过渗透胁迫、离子胁迫等不同程度地伤害植物的细胞膜透性,并产生次级氧化胁迫,从而造成植物自身代谢紊乱及部分蛋白合成受阻等现象。植物Na~+/H~+逆向转运蛋白可通过将Na~+逆向转运出细胞外或者将其区隔化于液泡中来抵御环境中过高的Na~+,从而维持细胞内正常的Na~+水平及pH等。目前已经从多种植物中克隆到编码Na~+/H~+逆向转运蛋白的基因。经研究发现,将这些基因转入盐敏感植物可大大提高植物的耐盐性,对于开发盐碱地及提高农作物的产量具有非常重要的意义。主要概述了植物Na~+/H~+逆向转运蛋白的分子生物学研究及其与耐盐性之间的关系。     

GmVP1基因克隆与转GmVP1/GmNHX1双价基因的大豆发状根耐盐性分析

将Na~+外排和区隔化作用的Na~+/H~+逆向转运蛋白(NHX)的基因和能够为其提供跨液泡膜H~+梯度驱动力的液泡膜H~+-焦磷酸酶(VP)的基因共转化能够提高植物耐盐性。本研究从抗盐大豆品种‘冀豆7号’中克隆得到液泡膜H~+-焦磷酸酶基因GmVP1,构建了GmVP1单价以及GmVP1与GmNHX1双价转化载体,利用发根农杆菌介导的大豆子叶转化体系验证其功能。结果表明,GmVP1在转录水平响应盐胁迫,GmVP1基因在一定条件下可以提高转基因大豆发状根对NaCl的耐受性,GmVP1/GmNHX1双价基因过表达比GmVP1单基因过表达更能提高大豆发状根相对生长量及其耐盐性。     

水稻组蛋白去甲基化酶基因 OsJMJ719 的克隆及表达分析

【目的】克隆水稻组蛋白去甲基化酶 OsJMJ719 基因，分析其在非生物胁迫下的表达模式，为 探究 OsJMJ719 在非生物胁迫响应中的功能提供理论依据。【方法】以水稻品种中花 11 为材料，克隆获得 完整的 OsJMJ719 基因，对其进行生物信息学分析，构建 OsJMJ719 与绿色荧光蛋白（GFP）融合表达载体 35S:: OsJMJ719-GFP，利用烟草瞬时转化体系和水稻原生质体转化的方法来观察蛋白的亚细胞定位，并应用实时 荧光定量 PCR 技术分析 OsJMJ719 基因在水稻不同组织中的表达情况以及在非生物胁迫处理下的表达模式。【结 果】OsJMJ719 基因（LOC_Os02g01940）编码区长度为 2 994 bp，编码 997 个氨基酸，OsJMJ719 启动子区域含 有 10 个植物激素响应元件和 3 个环境胁迫调控相关元件。系统进化分析结果显示，OsJMJ719 与沼生菰、粗山羊草、 小麦和大麦中的 JMJ 蛋白有较高的同源性。亚细胞定位结果显示，OsJMJ719 蛋白定位于细胞核内。荧光定量结 果显示，OsJMJ719 在种子中表达量较高，且该基因的表达受 ABA、NaCl 和 PEG6000 的诱导，推测其在非生物 胁迫过程中起重要作用。【结论】本研究展示了 OsJMJ719 基因的表达蛋白在进化树中的位置及其同源性物种， 揭示了其表达蛋白定位于细胞中的具体位置、蛋白的结构及特征，以及该基因主要受到哪些外界因素调控，为 进一步研究 OsJMJ719 基因的功能提供基础资料。     

棉花盐胁迫途径中蛋白磷酸化同源基因(GhSOS2)2种剪接体的克隆及表达分析

【目的】了解棉花在盐胁迫条件下相关基因的表达,并克隆与抗(耐)盐相关的重要基因。【方法】通过筛选棉花EST数据库,并对目标EST序列进行整合,对中棉所49在非盐胁迫和盐胁迫条件下进行处理并利用RT-PCR的方法克隆了质膜Na+/H+逆向转运蛋白途径中的1个蛋白磷酸化同源基因,命名为GhSOS2,并通过实时荧光定量PCR对其表达特征进行分析。【结果】序列分析表明,该基因成熟mRNA的剪接存在2种可选择性的剪接体,分别命名为GhSOS2a(GenBank登录号:GU188960)和GhSOS2b(GenBank登录号:GU188961),分别编码445和421个氨基酸残基。由于剪接方式的差异,导致GhSOS2a比GhSOS2b多出一个外显子(长度为72bp)。实时荧光定量PCR分析表明,GhSOS2a在非盐胁迫和盐胁迫条件下的根茎组织、叶组织均表达,但GhSOS2b仅在盐胁迫条件下的根茎组织、叶组织表达,且表达量远高于GhSOS2a。【结论】在棉花盐胁迫过程中,GhSOS2存在2种可选择性剪接体,而且可能主要是GhSOS2b参与棉花的质膜Na+/H+逆向转运蛋白途径并发挥一定作用。     

农杆菌介导马铃薯转化体系的优化及转基因马铃薯的耐盐性研究

通过农杆菌介导的方式将獐茅液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(AlNHX)表达在马铃薯中,并对影响马铃薯转化的几种因素(抗生素浓度、农杆菌菌液浓度、共培养时间等)进行优化。结果表明:最适农杆菌菌液浓度是OD600=0.6,最适侵染时间是5min,最适共培养时间是2d,马铃薯转化中最适头孢霉素浓度是400mg/L;经PCR检测确认的转基因马铃薯植株在含0.7%NaCl的培养基中可以生长,而野生型马铃薯无法在此培养基中正常生长。在盐胁迫条件下,转基因马铃薯的Na~+、K~+含量及K~+/Na~+的比值均高于野生型马铃薯。研究证实马铃薯植物的的耐盐性可以通过农杆菌转化导入獐茅液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因而得到提高。     

大豆GmVIT1克隆及耐盐功能分析

植物液泡铁离子转运蛋白可维持细胞内铁离子含量,保证细胞正常生长,在植株抵抗盐碱环境过程中发挥重要作用。在大豆中克隆得到液泡铁离子转运蛋白同源基因GmVIT1,蛋白结构域分析结果表明,GmVIT1属于CCC1蛋白超家族,具有高度保守的结构域。研究发现GmVIT1具有跨膜结构,并利用YFP荧光蛋白确定GmVIT1蛋白定位在液泡膜上;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)显示,GmVIT1在大豆根、茎、叶、花、荚和种子中均表达,花中mRNA丰度相对较高;胁迫后发现,GmVIT1的mRNA积累受ABA负调控,盐胁迫下基因显著上调表达。大豆毛状根试验发现,过量表达GmVIT1的毛状根耐受150 mmol·L~(-1)氯化钠;转基因拟南芥耐盐性试验表明GmVIT1可显著提高植物耐盐能力。     

甘蓝纤维素合成酶基因BoCesA的克隆与序列分析

为研究甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因在干旱胁迫下的表达模式,通过同源克隆得到甘蓝纤维素合成酶基因的cDNA全长,利用生物信息学软件分析该基因的特征;构建含BoCesA和GFP的融合表达载体,通过基因枪转化洋葱表皮细胞试验对该基因进行亚细胞定位;利用荧光定量PCR分析基因在不同组织中的表达情况及干旱胁迫下的表达模式。甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因的cDNA全长为2 721bp,编码906个氨基酸,在N端含有锌指结构域和2个跨膜区,C端含有6个跨膜区,除包含植物纤维素合成酶基因共有的保守区外,还包含2个高突变区。通过氨基酸序列比对分析,发现甘蓝的该基因与拟南芥的AtCesA3基因同源性较高。亚细胞定位表明BoCesA基因初步定位于细胞质膜上。荧光定量PCR分析表明该基因在叶中的表达量高于茎和根中的表达量,在NaCl、PEG处理下BoCesA表达量呈现先升高后下降的趋势。通过对甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因在NaCl、PEG胁迫下的表达分析,预测该基因对干旱胁迫有响应,它的表达受干旱胁迫的影响,这为进一步研究基因功能奠定了基础。     

茄子SmNTF3基因的克隆及其表达模式分析

[目的]本文旨在克隆茄子(Solanum melongena L.)促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)基因SmNTF3,阐明其在盐和干旱胁迫处理下的表达特性。[方法]以茄子‘苏崎1号’为试验材料,克隆SmNTF3的全长序列,对其基因结构和序列同源性进行分析,通过烟草叶片瞬时表达系统进行SmNTF3蛋白的亚细胞定位,采用实时荧光定量PCR检测SmNTF3基因在不同组织及盐和干旱胁迫下的表达情况。[结果]SmNTF3基因开放阅读框长度为1 119 bp,编码1个含372个氨基酸残基的蛋白。生物信息学分析表明,该蛋白具有保守的S_TKc结构域,富含α-螺旋和无规则卷曲。系统发育分析表明,SmNTF3属于MAPK家族C组成员,其氨基酸序列具有高度保守性,与番茄和马铃薯亲缘关系最近。亚细胞定位发现,SmNTF3蛋白在烟草叶片的细胞核和细胞质膜上表达。SmNTF3基因具有组织特异性,在茎中表达量最高。盐和干旱胁迫能够显著诱导SmNTF3基因的上调表达。[结论]从茄子中克隆了1个MAPK家族C组成员SmNTF3,该基因受盐和干旱胁迫诱导表达,可能参与茄子对盐和干旱胁迫的响应过程。     

苹果CAX基因家族生物信息学和表达分析

[目的] CAX(Ca2+/H+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在植物体内阳离子转运上起着非常重要的作用.本文对苹果MdCAXs基因进行了生物信息学和组织特异性表达分析,以期为该类基因的功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学的方法对苹果MdCAXs基因家族染色体定位、蛋白质等电点、亲疏水性、跨膜区域、亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,同时还分析了MdCAXs基因与其他物种CAXs基因的进化关系.采用实时荧光定量PCR法对苹果MdCAXs基因在不同盐处理下根、茎、叶中的表达变化进行分析.[结果]苹果MdCAXs家族包含8个成员,分别属于CAXsⅠ型中的A亚型和B亚型,编码436～817个氨基酸,等电点4.97～7.12,且都为疏水性蛋白;所有MdCAXs基因编码的氨基酸都有11个及以上的跨膜区域,含有CAXs基因5个典型的功能域:N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域.亚细胞定位预测MdCAXs主要是定位在质膜和内质网上.苹果MdCAXs基因具有组织特异性表达特点,不同种类盐处理根、茎、叶中表达发生不同程度的变化,反映了MdCAXs存在功能上的差异,对不同阳离子有特异性的应答反应.[结论]苹果MdCAXs是一类跨膜转运蛋白,具有植物CAXs基因典型的结构特征,根、茎、叶对不同的盐离子具有不同的表达响应.     

铁皮石斛2个P型H~+-ATPase基因的克隆、表达及生物信息学分析

利用RACE进行铁皮石斛质膜PMA(plasma membrane H~+-ATPase)基因的全长克隆,采用生物信息学方法、DNASTAR 7.0和MEGA 7.0对其编码蛋白结构、序列和分子进化等进行分析,并借助实时荧光定量PCR技术检测基因表达模式。结果表明,从铁皮石斛叶片cDNA中分离到2个P型H~+-ATPase基因 DoPMA1和 DoPMA2(GenBank注册号KU160470和KU160471),各编码1条由973和951个氨基酸组成的肽链;2个基因编码蛋白均含有2个保守的P型ATPase结构域和5个H~+运输ATPase结合位点,不含信号肽,定位在质膜。2个蛋白与植物H~+-ATPases蛋白相似性大于72%,聚在拟南芥、水稻等植物H~+-ATPase分子进化树的Ⅴ和Ⅱ分支。实时荧光定量PCR分析表明, DoPMA1在根和茎中上调,分别为叶中的2.98、1.95倍, DoPMA2在根与叶中表达无显著差异,茎中下调为叶中的0.86倍。研究结果为进一步揭示 DoPMA1和 DoPMA2分子作用奠定基础。     

木榄Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆

根据北滨藜、胡杨、毛白杨、番杏、盐爪爪、盐角草等已发表的逆向转运蛋白的保守区设计简并引物,通过RT-PCR和RACE技术,从木榄(Bruguiera gymnorrhiza)中克隆Na+/H+逆转运蛋白长度为2130bp的cDNA全长序列,开放阅读框1626bp,编码541个氨基酸和一个终止子,含10个跨膜区。蛋白序列同源分析表明它与蓖麻、胡杨、葡萄、百脉根等植物的液泡膜型Na+/H+逆向转运蛋白序列具有很高的同源性(80%以上),表明该序列确属Na+/H+逆转运蛋白家族的基因,在细胞中起到Na+区隔化作用。