芝麻硬脂酸脱饱和酶基因SiSAD的克隆及功能验证

【目的】对芝麻△9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD（△9 stearoyl acyl-carrier-protein desaturase）进行克隆与表达分析,并转入拟南芥,探究其在油酸合成过程中的作用,为芝麻油酸含量的遗传改良提供分子基础。【方法】提取中芝13叶片的总RNA,反转录为cDNA。根据芝麻基因组数据库中的SiSAD序列信息（序列号为SIN_1008977）设计引物,以cDNA为模板,通过RT-PCR克隆获得SiSAD编码区序列,并与参考基因组序列进行比较。利用InterPro进行保守结构域分析,获得SiSAD蛋白的保守结构域。利用BLAST对SiSAD蛋白进行同源对比,获得SiSAD的同源蛋白质。采用邻接法构建系统进化树,获得芝麻SAD蛋白与橄榄、牵牛花、蓖麻、莴苣、葡萄、柑橘、拟南芥等植物SAD蛋白的亲缘关系。通过荧光定量PCR检测SiSAD在2个芝麻品种中芝33和中丰芝一号的根、茎、叶、蕾和种子中的相对表达量,分析SiSAD的表达特异性。将SiSAD连接过表达载体,通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥（Col-0）,筛选阳性后代,对T₃代转基因和野生型的拟南芥种子中硬脂酸和油酸相对含量进行测定,分析SiSAD的功能。【结果】成功获得SiSAD的编码区序列,与参考基因组序列一致,全长为1 152 bp,编码383个氨基酸,SiSAD蛋白的分子量为43 kD,等电点为6.18。发现SiSAD蛋白含有一个保守结构域,属于脂肪酸去饱和酶家族成员,与其他植物的SAD蛋白质序列的同源性较高,暗示SiSAD在不同物种中的功能可能比较保守。系统进化分析显示,芝麻SAD蛋白与牵牛花和橄榄的SAD蛋白处于同一分支,进化关系较近,与蓖麻、拟南芥、柑橘的SAD蛋白亲缘关系较远。荧光定量PCR结果表明,SiSAD在芝麻种子中的表达量远远高于其他组织,有显著的组织特异性。成功构建了SiSAD的过表达载体,通过农杆菌介导法转化拟南芥,结果表明SiSAD成功导入拟南芥中,而且转录水平很高。对T₃代转基因拟南芥种子中硬脂酸和油酸的相对含量分析表明,与野生型拟南芥比较,3个转SiSAD拟南芥株系中硬脂酸（C18:0）含量分别降低了3.0%、4.8%和6.1%,而油酸（C18:1）含量分别升高了2.8%、4.3%和7.8%,平均升高4.97%。【结论】克隆获得芝麻SiSAD的全长cDNA序列,鉴定了SiSAD的功能,发现SiSAD在油酸合成代谢过程中正向增加油酸含量,可应用于高油酸芝麻新品种培育。     

Evidence for network evolution in an Arabidopsis interactome map

Plants have unique features that evolved in response to their environments and ecosystems. A full account of the complex cellular networks that underlie plant-specific functions is still missing. We describe a proteome-wide binary protein-protein interaction map for the interactome network of the plant Arabidopsis thaliana containing about 6200 highly reliable interactions between about 2700 proteins. A global organization of plant biological processes emerges from community analyses of the resulting network, together with large numbers of novel hypothetical functional links between proteins and pathways. We observe a dynamic rewiring of interactions following gene duplication events, providing evidence for a model of evolution acting upon interactome networks. This and future plant interactome maps should facilitate systems approaches to better understand plant biology and improve crops.     

玉米自交系B73全基因组cystatin抗虫基因家族分析

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因具有cystatin结构特征的蛋白结构域,广泛存在于植物或动物体内。此类基因在植物或动物蛋白质组中具有多个功能各异的家族成员,并在抗虫中扮演重要角色。通过利用玉米B73全基因组的基因表达序列数据,对12个cystatin基因的结构组成、染色体分布、系统进化等进行了分析。鉴定了该基因家族在蛋白序列间3个高度保守基序,构建了基因家族系统进化树,为该重要基因家族的进化提供了依据的同时也为克隆和分离该类抗虫基因提供参考。     

基因组水平上拟南芥和水稻mrs2基因家族的比较系统发生分析

mrs2（mitochondrial RNA splicing2）基因是植物线粒体中Ⅱ类内含子自我剪接缺陷的抑制基因，同时参与了植物中镁离子的运输。本研究利用已经分离的植物的mrs2基因，鉴别出MRS2结构域，同时对拟南芥和水稻中的mrs2基因家族的成员进行了鉴定；利用这些基因编码的蛋白质序列构建了系统发生树，并进行了序列保守性分析，最后查找了相关基因的EST表达信息。结果表明：①系统发生分析表明拟南芥和水稻的mrs2基因的结构在拟南芥和水稻分离之前已经形成，并在分离之后按照物种特异性的方式进行了扩张；②MEME分析表明植物的Mrs2蛋白质具有高度保守的基序，并且在蛋白质中的排列顺序也大致相似；③mrs2基因在拟南芥和水稻中的表达有差异，但在部分表达上仍保持了一致性。     

Comparative proteomic analysis provides new insights into ear leaf senescence of summer maize(Zea mays L.) under fi eld condition

As the most important organ in plant photosynthesis, the leaf plays an important role in plant growth and development. Leaf senescence is associated with fundamental changes in the proteome. To research the molecular mechanisms of leaf senescence, protein expression in senescing maize ear leaves grown under field conditions was analyzed using two-dimensional gel electrophoresis and matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight/time-of-flight mass spectrometry(MALDI-TOF/TOF MS). A total of 60 senescence-associated proteins were identified. The identified proteins are involved in many biological processes, especially energy, metabolism and protein synthesis. Several of the identified proteins have not been previously reported as senescence-associated, including glycine-rich RNA-binding protein.     

家蚕幼虫期和蛹期马氏管差异蛋白质组学分析

【目的】深入了解家蚕幼虫期与蛹期马氏管蛋白质组的变化,为马氏管在不同发育时期的功能研究提供蛋白质水平上的依据。【方法】利用蛋白质双向电泳技术对家蚕5龄第5天及化蛹第1天的马氏管组织进行比较,并采用基质辅助激光解析飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）对表达量差异较大的蛋白点进行肽指纹图谱鉴定,应用GPMAW 8.00软件对NCBI蛋白质数据库中所有来自于P50/Dazao的蛋白质与家蚕9倍基因组预测蛋白质库共同构建本地数据库,对试验采集到的肽指纹图谱进行分析。【结果】共检测到360-430个蛋白点,主要分布在分子质量15-80 kD、等电点4.0-9.5。2个时期共成功鉴定17个表达量有显著差异的蛋白质,其中包括与能量代谢相关蛋白质、热激蛋白、V型H+ ATP合酶、30K蛋白以及与肾脏功能密切相关的丙氨酸-乙醛酸氨基转移酶 2,3-羟基异丁酸脱氢酶等。【结论】本研究中差异蛋白质的发现和鉴定为完全变态昆虫幼虫期与蛹期马氏管的功能差异提供了蛋白质水平上的理论依据。     

Activation of a phytopathogenic bacterial effector protein by a eukaryotic cyclophilin

Innate immunity in higher plants invokes a sophisticated surveillance system capable of recognizing bacterial effector proteins. In Arabidopsis, resistance to infection by strains of Pseudomonas syringae expressing the effector AvrRpt2 requires the plant resistance protein RPS2. AvrRpt2 was identified as a putative cysteine protease that results in the elimination of the Arabidopsis protein RIN4. RIN4 cleavage serves as a signal to activate RPS2-mediated resistance. AvrRpt2 is delivered into the plant cell, where it is activated by a eukaryotic factor that we identify as cyclophilin. This activation of AvrRpt2 is necessary for protease activity. Active AvrRpt2 can then directly cleave RIN4.     

西施舌胃蛋白质组双向电泳图谱的初步构建

采用裂解、离心等抽提方法提取西施舌胃组织蛋白样品,利用bradford蛋白定量试剂盒作蛋白定量后,进行双向凝胶电泳。电泳后的凝胶采用考马斯亮蓝染色过夜,利用ImageScannerⅢ扫描仪扫描凝胶,获得凝胶图像,首次构建了西施舌胃组织蛋白的双向电泳图谱。结果显示：西施舌胃组织蛋白点主要分布在pH4～7,大部分蛋白为酸性蛋白,其中部分蛋白为高分度蛋白,在高pH区,蛋白分布相对较少。     

AT-hook基因AHL27过量表达延迟拟南芥开花

拟南芥中有29个被称为AHL的蛋白质 (AT-hook motif nuclear localized protein),但是大多数AT-hook蛋白的功能未知,其中AHL27蛋白含有一个AT-hook基序和一个PPC结构域。AHL27在不同器官的mRNA表达和GUS 组织化学染色分析表明,AHL27主要在根和花中表达;GFP-AHL27亚细胞定位显示AHL27蛋白是一个核定位蛋白。AHL27基因的过量表达,可抑制开花基因FT的表达,同时促进FLC的表达,从而延迟拟南芥在长日和短日条件下的开花时间。研究表明,AHL27基因在拟南芥的生长发育中起重要作用。     

植物OVATE蛋白分析

蛋白是植物生长抑制蛋白。研究人员在水稻、拟南芥、金鱼草、玉米、烟草等植物中都有发现,并对其进行研究。对这些文章中ovate功能进行总结、整理,为在其他植物中发现并对其进行研究提供理论基础。     

NaHCO3胁迫下刚毛柽柳叶片蛋白质差异表达谱的建立

目的为了研究刚毛柽柳响应盐胁迫的作用机制, 本研究以刚毛柽柳叶片为材料, 对叶片总蛋白质的提取方法进行优化, 探究出适用于双向电泳的刚毛柽柳叶片总蛋白质的提取方法, 并建立NaHCO₃胁迫下刚毛柽柳叶片差异蛋白质的表达谱。方法本研究比较了改良Tris-三氯乙酸, 改良Tris-三氯乙酸+PVP40, 改良Tris-三氯乙酸+丙酮和植物蛋白提取试剂盒法4种提取植物蛋白质的方法提取刚毛柽柳叶片总蛋白质的差异, 并利用蛋白质双向电泳用技术研究NaHCO₃胁迫后刚毛柽柳叶片蛋白质表达变化, 建立了盐胁迫下刚毛柽柳叶片差异蛋白表达谱。结果采用改良Tris-三氯乙酸法提取刚毛柽柳叶片蛋白质, 利用该方法可获得高质量的蛋白质样品, 所得到的双向电泳凝胶图谱中蛋白质分离效果好、图谱分辨率高, 通过ImageMaster 2D Platinum 7.0凝胶分析软件对NaHCO₃处理0和12 h的双向电泳凝胶图谱进行分析, 获得了25个响应盐胁迫的差异表达蛋白质, 并分析了差异表达蛋白量的变化。结论研究结果表明, 利用改良Tris-三氯乙酸法提取刚毛柽柳叶片蛋白质适用于双向电泳体系, 该方法可以用于对刚毛柽柳叶片蛋白质组学的研究。本研究建立了NaHCO₃胁迫下刚毛柽柳叶片差异蛋白质的表达谱, 为进一步分析刚毛柽柳耐盐分子机制奠定了基础。      

Independently evolved virulence effectors converge onto hubs in a plant immune system network

Plants generate effective responses to infection by recognizing both conserved and variable pathogen-encoded molecules. Pathogens deploy virulence effector proteins into host cells, where they interact physically with host proteins to modulate defense. We generated an interaction network of plant-pathogen effectors from two pathogens spanning the eukaryote-eubacteria divergence, three classes of Arabidopsis immune system proteins, and ~8000 other Arabidopsis proteins. We noted convergence of effectors onto highly interconnected host proteins and indirect, rather than direct, connections between effectors and plant immune receptors. We demonstrated plant immune system functions for 15 of 17 tested host proteins that interact with effectors from both pathogens. Thus, pathogens from different kingdoms deploy independently evolved virulence proteins that interact with a limited set of highly connected cellular hubs to facilitate their diverse life-cycle strategies.     

A seven-transmembrane RGS protein that modulates plant cell proliferation

G protein-coupled receptors (GPCRs) at the cell surface activate heterotrimeric G proteins by inducing the G protein alpha (Galpha) subunit to exchange guanosine diphosphate for guanosine triphosphate. Regulators of G protein signaling (RGS) proteins accelerate the deactivation of Galpha subunits to reduce GPCR signaling. Here we identified an RGS protein (AtRGS1) in Arabidopsis that has a predicted structure similar to a GPCR as well as an RGS box with GTPase accelerating activity. Expression of AtRGS1 complemented the pheromone supersensitivity phenotype of a yeast RGS mutant, sst2Delta. Loss of AtRGS1 increased the activity of the Arabidopsis Galpha subunit, resulting in increased cell elongation in hypocotyls in darkness and increased cell production in roots grown in light. These findings suggest that AtRGS1 is a critical modulator of plant cell proliferation.     

参与农杆菌侵染及T-DNA转运过程植物蛋白的研究进展和思考

农杆菌是一种革兰氏阴性土壤病原细菌,携带具有天然转基因功能的Ti质粒或Ri质粒,能将一部分遗传物质插入到寄主植物的染色体上,使其稳定遗传和表达,赋予植物新的性状。所以农杆菌作为最有效的转化媒介,已被广泛应用于多数双子叶植物和部分单子叶植物转基因研究。虽然农杆菌介导的转化技术具有操作简单、成本低廉,转基因沉默几率小,插入基因拷贝数少等优点,但农杆菌介导植物遗传转化是一个复杂的生物学过程,需要一系列农杆菌蛋白和植物蛋白相互作用,共同完成外源基因的转入和整合。植物相关蛋白在转化过程中起着重要作用。其中,阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)、植物根钙粘附蛋白和类玻连蛋白等参与农杆菌附着于植物细胞表面的过程;鸟苷三磷酸腺苷酶（GTPase）和BTI蛋白协助T-DNA和Vir效应蛋白进入植物细胞;actin、GIP、VIP等蛋白参与T-DNA复合体在细胞质中的运输的过程;与Vir效应蛋白互作的VIP1、VIP2、KAPa、PP2C、Roc等蛋白协助T-DNA定位于植物细胞核;组蛋白、VIP1和VIP2等引导T-DNA在植物基因组上的整合。由于植物种类间存在巨大差异,上述一些植物蛋白基因的过表达虽能提高农杆菌转化某些植物的转化效率,但不能提高另一些植物的转化效率。在容易被农杆菌遗传转化的植物如拟南芥、水稻中的研究表明,VIP1、VIP2、AGP、H2A等蛋白与农杆菌转化关系密切,但这些蛋白在利用农杆菌转化较难的作物如小麦、玉米中的功能还不明确,因而需要在不同植物中继续筛选和鉴定与T-DNA转化相关重要蛋白的编码基因。目前,农杆菌介导的植物遗传转化有2个显著特点,一是农杆菌介导转化烟草、拟南芥、水稻等模式植物的技术日渐成熟,二是农杆菌介导转化小麦、玉米、大豆等重要作物的技术仍然没有本质突破,植物相关蛋白在T-DNA转运、整合等过程中的作用还需要深入研究和进一步明确。文章主要对参与农杆菌介导遗传转化植物整个过程中相关植物蛋白的研究进展进行了综述,以期为提高农杆菌转化顽拗型作物的转化效率提供参考。     

Dynamic changes of root proteome reveal diverse responsive proteins in maize subjected to cadmium stress

Toxic symptoms and tolerance mechanisms of heavy metal in maize are well documented. However, limited information is available regarding the changes in the proteome of maize seedling roots in response to cadmium(Cd) stress. Here, we employed an i TRAQ-based quantitative proteomic approach to characterize the dynamic alterations in the root proteome during early developmental in maize seedling. We conducted our proteomic experiments in three-day seedling subjected to Cd stress, using roots in four time points. We identified a total of 733, 307, 499, and 576 differentially abundant proteins after 12, 24, 48, or 72 h of treatment, respectively. These proteins displayed different functions, such as ribosomal synthesis, reactive oxygen species homeostasis, cell wall organization, cellular metabolism, and carbohydrate and energy metabolism. Of the 166 and 177 proteins with higher and lower abundance identified in at least two time points, 14 were common for three time points. We selected nine proteins to verify their expression using quantitative real-time PCR. Proteins involved in the ribosome pathway were especially responsive to Cd stress. Functional characterization of the proteins and the pathways identified in this study could help our understanding of the complicated molecular mechanism involved in Cd stress responses and create a list of candidate gene responsible for Cd tolerance in maize seeding roots.     

利用SDS-PAGE电泳快速检测茎用芥菜细胞质雄性不育系特异表达蛋白(英文)

本研究利用SDS-PAGE电泳直接检测到茎用芥菜细胞质雄性不育系花器中存在两种特异表达白,分子量约分别为14.4 kD和43.0 kD,其中14.4 kD蛋白在不育系花器中存在明显的过量表达现象;而不育系和保持系营养生长和生殖生长期叶片和根中蛋白电泳谱带未发现差异,特异蛋白的表达有很强的器官特异性.我们推测此两种特异蛋白的产生可能与茎用芥菜细胞质胞质雄性不育的表达有关.     

大白菜BrARGOS基因的分离与功能分析

 【目的】从大白菜自交系日喀则的叶片中分离新的拟南芥ARGOS的同源基因,进行氨基酸序列比对和该基因的表达模式分析,转化拟南芥分析其功能,并分析该基因的表达量与大白菜叶杂种优势之间的关系。为在大白菜中研究该基因的功能提供依据。【方法】利用RT-PCR从大白菜叶中分离出ARGOS同源基因的cDNA序列,采用DNAMAN软件分析该基因所编码的蛋白质的二级结构,通过半定量RT-PCR检测该基因在大白菜各器官中的表达水平,分析转基因拟南芥的表型鉴定该基因的功能,通过半定量RT-PCR分析该基因的表达量与大白菜叶的杂种优势之间的关系。【结果】根据拟南芥ARGOS序列,通过Blast检索到大白菜BAC库中的序列,根据该序列设计特异引物,以提取自日喀则叶片的RNA反转录产物为模板,通过PCR扩增出1个新的ARGOS的同源基因BrARGOS。对大白菜、拟南芥和番茄中3个基因所编码的蛋白质做序列比对分析发现,这3个蛋白质的C末端富含亮氨酸。BrARGOS蛋白的二级结构含有自由卷曲、伸展片段和α-螺旋。通过半定量RT-PCR分析,在大白菜各器官中均检测到BrARGOS基因的表达,在果荚中表达量最高,其次为子叶,茎生叶中表达量最低。通过PCR检测阳性转化体拟南芥基因组显示,NPTⅡ基因已经转入拟南芥基因组中,表明外源BrARGOS基因也同时转入拟南芥基因组中。与转空载体对照拟南芥相比,过量表达BrARGOS基因的转基因拟南芥的叶、花、叶鲜重和株高均显著增大/高。【结论】从大白菜自交系日喀则叶片中分离了1个新的ARGOS的同源基因BrARGOS,并分析了BrARGOS基因的表达模式和功能。在拟南芥中过量表达BrARGOS基因使拟南芥的地上器官显著增大。大白菜BrARGOS基因可能与调节植物器官大小有关。     

植物蛋白质组研究方法

蛋白质组研究是后基因组时代的热点领域,介绍了蛋白质组概念提出的背景,蛋白质组与基因组的联系与区别,蛋白质纽研究的内容,重点综述了植物蛋白质纽研究的技术．双向凝胶电泳仍为蛋白质分离的核心技术,该技术在某些方面作了改进和发展;生物质谱是蛋白质鉴定的关键技术,进一步发展了生物传感芯片质谱及蛋白质芯片技术;对蛋白质纽研究的信息处理依赖于生物信息学的发展,介绍了国内外相关的蛋白质数据库及建立数据库主要应用的图像软件。