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。     

液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白与植物耐盐性

土壤盐碱化作为一种主要的非生物胁迫因子严重影响着世界范围内的农业生产。植物抵御盐胁迫的有效策略之一是将细胞质中过多的Na^＋区隔化在液泡,这一过程是由液泡膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物液泡膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白的分子结构、功能、表达调控及其与植物耐盐性的关系等方面的研究进展,并对未来几
年该蛋白的主要研究方向作了分析和展望。     

盐胁迫下逆向转运蛋白对植物耐盐性影响的研究进展

在高浓度Na Cl胁迫下,土壤中Na~+和Cl~-浓度过高将导致植物机体出现渗透压改变和离子中毒的现象,致使植物代谢异常。此外,盐胁迫还影响植物的Ca~(2+)和K~+等矿质元素的吸收。植物为抵御高浓度盐对自身的毒害作用,通过膜逆向转运蛋白将细胞内过多的Na~+向外排出细胞和将Na~+运入液泡区隔化。对膜逆向转运蛋白在Na~+和Cl~-的吸收、外排和离子区隔化以及膜逆向转运蛋白在植物抗盐性中的重要作用进行了综述。     

植物锌铁转运蛋白 ZIP 家族的生物信息学分析

锌铁转运蛋白ZIP家族成员对于控制植物体内锌铁平衡具有非常重要的作用.采用生物信息的方法对植物锌铁转运蛋白序列结构、性质及分子进化进行分析预测,结果发现,该蛋白由226～459个氨基酸组成,是一个多次跨膜蛋白,多数成员定位于细胞质膜、叶绿体膜及液泡膜上,其分子进化历程与物种进化历程并不一致,提示该蛋白序列分歧时间较早.研究结果能够为该蛋白基因的克隆、结构和功能的进一步深入研究提供理论基础.     

植物水通道蛋白研究进展

高等植物细胞质膜、液泡膜上存在着丰富的水通道蛋白,它广泛分布于几乎所有器官和组织,并具 有一定的组织特异性。文章介绍了植物水通道蛋白的发现、结构、分类以及近年来在亚细胞定位、基因表达和功能 方面的研究进展,初步探讨了植物水通道蛋冉研究中存在的问题及今后的研究热点。     

植物吸收和转运磷素的分子机理研究进展

磷素是植物必需的大量营养元素,植物对磷素的吸收和植物体内磷素的再度转运是位于细胞原生质膜上的磷转运蛋白介导的需能主动运输过程。概述了植物吸收和转运磷素的生理特征,植物磷转运蛋白(PT)的结构、功能和PT及磷调节子Pho基因的表达调控机制,以及突变体技术在植物磷吸收、转运中的研究进展和应用前景。旨在为今后在分子水平上进一步揭示植物对磷素吸收和转运的生物学机制提供理论依据。     

植物蔗糖转运蛋白研究进展

蔗糖转运蛋白在植物蔗糖转运过程中发挥重要作用,其生物活性影响植物的生物量。本文从蔗糖运输、蔗糖转运蛋白的结构与系统进化树构建、生物学功能等方面,介绍了蔗糖转运蛋白和新发现的SWEET蛋白的最新研究进展。     

Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物耐盐性的关系

植物抵御盐胁迫的有效策略之一是将细胞质中过多的Na+区隔化在液泡,这一过程是由液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白完成的.概述了 Na+/H+逆向转运蛋白的分子结构和功能,在次基础上介绍了该蛋白对盐胁迫的响应和耐盐性的关系,并简述了其基因的克隆和表达调控,同时对Na+/H+逆向转运蛋白研究的前景做了展望.     

园艺作物果实液泡糖、酸转运与转化研究进展

糖、酸是果实风味的重要组成部分。作为糖、酸等代谢物的主要贮藏场所,液泡在园艺作物果实风味形成过程中起重要作用。液泡中糖、酸组成受膜载体转运特性及液泡内代谢酶催化特性的协同影响。本文总结了园艺作物果实液泡膜糖、酸转运载体类型及其转运特性,探讨了质子泵在液泡糖、酸积累过程中的作用,并对液泡内糖、酸转化的研究进展进行了概述。在此基础之上,整合并构建了园艺作物果实液泡糖、酸转运与转化的初级模型,以期为后续研究提供指导。     

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。     

双子叶与单子叶植物蔗糖转运蛋白的研究进展

蔗糖是绿色植物光合作用的最终产物之一,也是绝大多数高等植物体内光合产物运输与分配的主要形式.蔗糖转运蛋白在介导蔗糖在植物体内的转运及分配中发挥着重要作用.目前已从31种双子叶植物和6种单子叶植物中克隆到83个蔗糖转运蛋白基因.前人主要是从整体角度对蔗糖转运蛋白的研究现状进行综述,未研究过双子叶植物与单子叶植物蔗糖转运蛋白之间的差异.本研究主要介绍双子叶和单子叶植物蔗糖转运蛋白的基因克隆、分类、系统发生、结构、分布和功能等方面的研究进展.     

ABC转运蛋白与巴西橡胶树产胶代谢

ABC转运蛋白（ATPBindingCassettetransporter）是目前已知最大、功能最广泛的蛋白家族之一。大多数ABC转运蛋白都能利用水解ATP释放的能量直接转运底物。许多研究结果显示,植物ABC转运蛋白在各种代谢产物的跨膜转运中起着重要作用。橡胶的产胶代谢是一种典型的植物类异戊二烯次生代谢．是影响橡胶产量的首要因素。相关实验结果显示,ABC转运蛋白可能参与橡胶树产胶代谢。本文介绍了模式植物拟南芥中的ABC转运蛋白研究进展,并对ABC转运蛋白与橡胶树产胶代谢的关系进行讨论。     

作物根系镉滞留作用及其生理生化机制

一定程度的镉胁迫严重影响了作物的生长发育和农产品的产量及品质。文中全面综述了重金属镉胁迫对作物和人类的危害,以及镉在作物体内的吸收、转运和积累特征及其相关的主要调控基因和功能。简要概述了作物抗镉耐镉机制,重点讨论了其中的根系镉滞留作用的生理和生化机制。重金属镉主要通过根部吸收进入植株,在根中,Cd~(2+)首先进入由细胞间隙、细胞壁微孔以及细胞壁到质膜之间的空隙等构成的"自由空间",然后通过主动或被动吸收跨膜进入胞质,再经共质体或质外体途径运输到木质部导管中。水稻等作物主要通过下列途径来适应镉胁迫:细胞壁的滞留作用、原生质体的螯合作用、液泡的区室化作用、逆境蛋白和脯氨酸的积累、抗氧化酶系统活性的提高、根系的滞留作用。根系镉滞留作用作为一种重要的抗耐镉毒害的方式,在调控作物对镉的吸收、转运和分配积累,阻碍镉进入植株地上部和原生质体,减少镉对作物自身生长发育及农产品产量和品质的影响等方面起着非常重要的作用。主要包括根茎间低转运量导致的镉滞留、根系细胞壁滞留和液泡滞留。(1)根茎间低转运量导致的镉滞留。该种滞留作用主要受到根系木质部的镉装载能力和镉长距离运输载体——植物螯合肽(PCs)含量的影响;它们主要受到质膜上跨膜离子转运蛋白HMA2和HMA4以及细胞中的PCs合成酶及其相应基因(如HMA2、HMA4、PCs1等)的调控。这些蛋白和基因对木质部的镉滞留起到负调控作用。(2)细胞壁滞留作用。根系细胞壁滞留发生在质外体部分(包括细胞壁和胞间层),主要与质外体的组成成分和结构相关,其中起关键作用的是果胶多糖,半纤维素也起到一定作用。根据果胶和半纤维素滞留镉的作用方式的不同,细胞壁滞留作用可分为物理滞留和化学滞留。物理滞留主要与细胞壁的孔隙度和厚度有关,此二者均受到细胞壁果胶含量和果胶甲酯酶PME活性的影响。而化学滞留则是由半纤维素和低酯化果胶上的带负电荷基团,如-COO-等,与Cd2+发生静电结合作用所致。它们会受到PME14和XCD1等基因的调控。(3)液泡滞留作用。液泡滞留作用与细胞质和液泡中的PCs以及液泡膜上的转运蛋白密切相关,其对镉的滞留能力大小受到液泡分隔容量大小(VSC)的限制。在液泡的镉滞留中,不同分子量大小的PCs起到了重要作用,它们参与了胞质中镉的螯合、胞质与液泡间镉的转移及最终液泡中镉的沉积。而液泡膜上的转运蛋白则负责将胞质溶液中的低分子量PC-Cd复合物通过主动运输转移到液泡内,使镉被隔离在活跃生理区之外。作物根系中,这三种重金属滞留机制先后联合作用,降低了镉向原生质体和地上部的转移,从而减轻了镉对地上部的毒害,降低了籽实等收获器官中的镉含量。然而,由于木质部中PC-Cd占总镉比例以及细胞壁电荷总量和液泡VSC大小的有限性,从而使得根系镉滞留作用的强度和效果都存在着一定的限度。     

植物ABC转运蛋白与次生代谢产物的跨膜转运

ABC（ATP-Binding Cassette）转运蛋白是目前已知最大、功能最广泛的蛋白家族，参与生物体内多种物质的转运，因其在生物体内与肿瘤细胞耐药性等一些重要的生理过程密切相关而引起了人们的广泛关注。研究发现，在已完成全基因组测序的生物中，ABC转运蛋白在拟南芥和水稻中数量最多，推测与植物次生代谢产物的跨膜转运相关。植物产生生物碱、萜类化合物、酚类等大量次生代谢产物，保护植物体免受环境中生物和非生物胁迫的损伤。这些化合物的累积和排泌被高度调节，ABC转运蛋白在其中起着重要的作用。本综述介绍了植物ABC转运蛋白及其在植物次生代谢产物累积和跨膜转运中的研究进展。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白，其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量，同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内，形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度，为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力，维持细胞内的离子稳态和渗透平衡，为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外，液泡作为植物细胞离子养分的储存库，其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例，进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下，提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力，从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能，并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述，为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

植物中液泡膜H~＋-PPase的研究进展

液泡膜H＋-PPase是一种广泛存在于很多生物体内的H＋转运酶,主要介绍近年来该酶在植物抗逆性以及植物生长的调节作用上的研究进展。     

植物病原真菌及卵菌SNAREs基因功能研究进展

植物病原真菌和卵菌产生的效应蛋白在促进病原菌侵染、操纵寄主免疫方面有关键作用,这些效应蛋白在与寄主作用之前必须被分泌出去,SNARE蛋白家族作为真核细胞内囊泡转运及膜融合的关键组分,在分子转运中有核心调控作用。随着许多植物丝状病原菌基因组被破译,对SNAREs基因参与病原菌致病机制的研究取得了可喜进展。本研究简要概述了真核生物中SNARE蛋白的组成及分类和植物病原真菌及卵菌中SNARE蛋白基因的功能研究进展,并据此提出进一步开展SNARE蛋白基因功能分析的研究建议,以期为全面、深入研究植物病原真菌和卵菌中SNARE基因的功能、理解病原菌致病、效应蛋白分泌提供新的视野,为植物-病原物互作的分子机制研究提供参考。     

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     

披碱草焦磷酸化酶基因EdHP1的功能分析

氢离子焦磷酸化酶(H~+-PPase)是一类H~+转运蛋白,它以焦磷酸(PPi)水解底物,水解PPi产生的自由能与H~+跨膜转运相藕联,将细胞质中的H~+泵入液泡中,建立跨液泡膜电化学梯度,形成质子驱动力,为无机离子及其他溶质进出液泡提供动力,有利于植物维持细胞离子平衡和渗透平衡,增强植物的抗逆性。基于前期对披碱草(Elymus dahuricus)H~+-PPase基因Ed HP1克隆的基础,对其表达谱及基因功能进行了进一步研究。结果表明,通过Northern blot分析发现,该基因在披碱草中受干旱、低温非生物胁迫诱导表达。通过对转Ed HP1基因烟草在干旱、低温环境下的功能分析发现,过表达Ed HP1基因可以提高转基因烟草对干旱、冷胁迫的抗性。     

Pht1家族在几种植物中的研究进展

植物磷转运蛋白是植物磷营养中必需的一种膜蛋白。植物磷转运子在植物根系中负责磷的吸收、转运,其表达受磷调控,磷元素广泛存在于动植物组织中,是植物生长所必需的大量无机营养元素之一,在诸多代谢过程中都起着举足轻重的作用。在植株中,磷素通过磷酸盐转运蛋白吸收和转运,该蛋白在调控植株对磷素吸收、利用效率等方面具有重要作用。植物基因组中含有大量推测的以基因家族的形式存在的编码磷转运蛋白基因。目前已知的磷转运子分为五大家族Pht1、Pht2、Pht3、Pho1和Pho2。文中主要综述了水稻、大豆、玉米、小麦、拟南芥、番茄、苜蓿、马铃薯中Pht1家族的结构、功能及表达调控方面的研究进展。