植物富含半胱氨酸类受体激酶家族研究进展

在植物生长发育过程中,富含半胱氨酸类受体激酶(cysteine-rich receptor-like kinases,CRKs)作为上游信号分子,在感知胁迫信号和诱发免疫应答中起着重要作用。CRK主要由信号肽、DUF26(PF01657)、跨膜结构域和胞内激酶结构域组成,其中DUF26和激酶结构域在不同植物中高度保守。生物信息学分析发现,在单子叶和双子叶植物中含有37~170个CRK成员,它们在植物生长发育和胁迫应答中发挥不同的功能。文章综述了近年来国内外植物CRK基因结构及其在生长发育、胁迫应答中的功能研究进展,对于提高农作物抗逆境能力具有重要意义。     

植物抗病基因研究进展

迄今为止已从植物中克隆出近30个抗病基因，基因编码产物具有富亮氨酸重复(LRR)、丝一苏氨酸蛋白激酶(STK)结构域及核苷酸结合位点(NBS)等结构特征。植物抗病基因的克隆方法主要有转座子标签技术和图位克隆技术等。     

参与植物防御反应的LRR型蛋白结构与功能

植物含有多种富含亮氨酸重复（LRRs）结构的蛋白质,它们在植物生长、发育和抗病反应等方面发挥着重要作用。综述了这类具有LRRs结构蛋白质家族的结构特征及其参与植物防御反应的功能。参与植物防御反应LRR型蛋白质家族包括：抗病基因编码蛋白质、类受体蛋白激酶、多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白和伸展蛋白家族。这四大蛋白质家族成员主要通过LRRs结构识别并结合病原物蛋白质,参与抗病信号传递,诱导植物防卫基因的表达,使植物获得系统抗性。其中LRRs序列中氨基酸的不同和单位重复数目的差异决定了蛋白识别的特异性和结合能力。     

水稻富亮氨酸类受体蛋白激酶参与外界胁迫应答的研究进展

水稻是我国重要的粮食作物,随着外界环境条件的恶化和降水的减少,水稻生产遭到严重威胁。植物类受体蛋白激酶作为一种对植物生长发育激素信号转导以及生物与非生物胁迫反应中具有重要调控功能的膜蛋白,目前已成为研究的热点之一。该文对富亮氨酸类受体蛋白激酶的结构和功能以及水稻富亮氨酸类受体蛋白激酶家族与外界环境胁迫的关系进行了综述,以期为探究水稻LRK基因家族与外界环境关系提供参考。     

植物咖啡碱合成酶的生物信息学分析

采用生物信息学分析方法对 GenBank 中来源于茶树、可可、山茶等植物咖啡碱合成酶的氨基酸序列进行比对分析,就等电点、亚细胞定位、信号肽、跨膜螺旋、保守性功能结构域及基序、二级结构与三级结构等重要参数进行预测与分析。结果表明,植物咖啡碱合成酶主要定位于胞质和胞核中,含有磷酸化、酰基化和糖基化修饰位点,基于基因序列与保守结构域可被分成3种类型,其中 I 型与 II 型酶蛋白均属全α型水溶性酶蛋白,III 型酶蛋白除二级结构富含无规卷曲构件,还极有可能存在信号肽序列,但3类酶蛋白均无跨膜螺旋,三级结构预测显示,I 型、II 型酶蛋白极为相似,由α螺旋和横向β-折叠片层组成,III 型则α螺旋位于横向两端,中间由纵向β-折叠片层连接。     

类植物乳杆菌L-XM1 plnBCD基因的生物信息学分析

为了解类植物乳杆菌L-XM1 plnBCD编码蛋白的生物学特性,并推测其功能,综合运用RPS-Blast、InterProscan和TMHMM Server等多种生物信息学软件预测分析plnBCD编码蛋白的理化性质、疏水性、磷酸化位点、保守性功能域及二级结构,并用Swiss-model同源建模。结果表明:plnB编码蛋白为疏水性蛋白,定位于细胞质膜上,有6个跨膜区、21个磷酸化位点和1个HATPase_c结构域,具有大多数组氨酸蛋白激酶的基本性质。其二级结构以α-螺旋和延伸链为主要构件,其空间结构与组氨酸蛋白激酶的结构特征一致。plnC及plnD编码蛋白均为亲水性蛋白,不具有跨膜区,定位于细胞质中,均具有1个REC和1个LytTR结构域。plnC及plnD编码蛋白与感应调节蛋白的空间结构具有较高的相似度。推测菌株L-XM1 plnBCD基因编码蛋白为群体感应调控系统组分。对plnBCD基因的生物信息学分析的研究可为发现新的群体感应系统和深入研究群体感应系统各组分的功能提供参考。     

草莓果实FaRIPK1蛋白的酵母外源表达及验证

[目的]类受体蛋白激酶在植物的生长发育及果实成熟过程中发挥重要作用,而植物中已鉴定的类受体激酶绝大多数属于LRR型.为了得到草莓中LRR型蛋白激酶FaRIPK1,从而进一步研究其功能.本实验采用真核表达的方法诱导表达FaRIPK1蛋白质,以期确定其最佳的诱导表达时间.[方法]以‘童子一号’草莓果实为试验材料,扩增出FaRIPK1基因的功能区序列,构建真核表达载体pPICZB-RIPK1后转入酵母表达菌株X-33诱导表达,通过在0,12,24,36 h处取样检测FaRIPK1蛋白质的表达情况并采用Ni-NTA琼脂糖树脂亲和层析柱纯化得到目的蛋白,纯化后的FaRIPK1蛋白质再进行Western-blot验证.[结果]重组表达菌株经过BMMY诱导培养基诱导24 h后FaRIPK1蛋白质的表达量达到最高值,此时最利于FaRIPK1蛋白质的纯化.Western-blot验证表明所得蛋白质确为FaRIPK1蛋白质.[结论]确定了诱导表达后24 h为FaRIPK1蛋白质真核表达的最佳时间,为进一步研究FaRIPK1蛋白质的功能奠定基础.     

细菌四类胞外感觉结构域的概述

细菌通过信号转导网络系统感知外界的环境变化，并通过调节自身基因表达，控制菌体的行为、代谢以及发育等。细菌和古细菌大多数使用双组分转导系统和化学传感系统感知环境变化。基于基因组研究发现在细菌的双组份转导系统和化学传感系统中存在多种不同的胞外结构域，这些胞外结构域能感知胞外信号，对细菌的各种生理功能具有重要作用。介绍了Cache结构域、CHASE结构域、NIT结构域以及4HB结构域这4类胞外感觉结构域的结构特性以及功能，为胞外感觉结构域的分类以及识别信号的位点提供借鉴。     

利用酵母双杂交系统筛选水稻类受体蛋白激酶FTPK1的互作蛋白

类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinases, RLKs)作为重要的信号分子受体,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。RLKs主要通过胞内的激酶区磷酸化其底物蛋白来发挥作用,因此鉴定RLKs的底物蛋白对于其功能的研究至关重要。本研究利用酵母双杂交系统对FTPK1的互作蛋白进行筛选,初步确定了两个候选蛋白,为进一步研究该激酶的功能奠定了基础。     

植物病原丝状真菌G蛋白偶联受体的预测方法对比研究

植物病原丝状真菌G蛋白偶联受体(GPCR)在实现外界信号感知和传递过程中发挥着重要作用。基于GPCR蛋白所具有的典型7个跨膜保守结构域及非典型保守结构域,通过总结前人已报道的候选GPCR的同源比对方法,对其跨膜结构域数量预测方法及跨膜结构蛋白数据库进行对比,明确TOPCONS是目前预测GPCR跨膜结构域的较好方法。然后,选择NCBI数据库中223个不同真菌的GPCR蛋白序列通过TOPCONS和TMHMM进行对比分析,结果显示,2种软件对GPCR跨膜结构域数量的预测结果不尽相同,TOPCONS预测结果的准确度较高;进一步对上述GPCR蛋白序列的氨基酸数目进行分析,明确具有7个跨膜结构域的GPCR蛋白氨基酸数目为200～1 406个。该研究可为进一步开展植物病原丝状真菌GPCR蛋白的结构预测及其功能研究提供参考。     

植物抗病基因结构特征及其类似序列的研究进展

植物抗病基因的克隆一直为植物遗传学家和病理学家所关注。克隆的抗病基因在氨基酸水平上表现出一定程度的相似性, 在一些区段高度保守, 如 Ｎ Ｂ Ｓ、 Ｌ Ｒ Ｒ、激酶、 Ｌ Ｚ等。这些保守序列, 不仅有助于对抗病基因的分类及其作用机理的理解, 而且为抗病基因克隆提供了一条新途径。根据这些保守序列合成 Ｐ Ｃ Ｒ 引物, 在许多植物中已扩增出大量的抗病基因类似序列 （ Ｒ Ｇ Ａ）。遗传作图表明 Ｒ Ｇ Ａ 与抗病性密切相关。对 Ｒ Ｇ Ａ 与 Ｒ 基因的关系及 Ｒ Ｇ Ａ 的基因组分布一并进行了讨论。     

Perception of brassinosteroids by the extracellular domain of the receptor kinase BRI1

An assay was developed to study plant receptor kinase activation and signaling mechanisms. The extracellular leucine-rich repeat (LRR) and transmembrane domains of the Arabidopsis receptor kinase BRI1, which is implicated in brassinosteroid signaling, were fused to the serine/threonine kinase domain of XA21, the rice disease resistance receptor. The chimeric receptor initiates plant defense responses in rice cells upon treatment with brassinosteroids. These results, which indicate that the extracellular domain of BRI1 perceives brassinosteroids, suggest a general signaling mechanism for the LRR receptor kinases of plants. This system should allow the discovery of ligands for the LRR kinases, the largest group of plant receptor kinases.     

An LRR receptor kinase involved in perception of a peptide plant hormone,phytosulfokine

The sulfated peptide phytosulfokine (PSK) is an intercellular signal that plays a key role in cellular dedifferentiation and proliferation in plants. Using ligand-based affinity chromatography, we purified a 120-kilodalton membrane protein, specifically interacting with PSK, from carrot microsomal fractions. The corresponding complementary DNA encodes a 1021-amino acid receptor kinase that contains extracellular leucine-rich repeats, a single transmembrane domain, and a cytoplasmic kinase domain. Overexpression of this receptor kinase in carrot cells caused enhanced callus growth in response to PSK and a substantial increase in the number of tritium-labeled PSK binding sites, suggesting that PSK and this receptor kinase act as a ligand-receptor pair.     

植物抗病基因类似序列的研究进展及应用策略

植物抗病基因克隆对抗病育种和抗病机制的研究具有重要意义。对已克隆出的基因研究表明,大多数的抗病基因都具有高度保守的结构域(如NBS,LRR,LZ,STK和TIR等)。根据这些保守区域设计核苷酸引物,通过PCR技术已经获得很多的RGA,然后以此为探针筛选DNA或cDNA文库,最终可获得抗病基因的候选克隆,这就是新近发展起来的同源序列克隆技术。文章简述了对抗病基因的结构特征,同源序列克隆技术及其应用策略。     

牙鲆Toll样受体1基因全长cDNA的克隆及特征分析

[目的]克隆牙鲆TLR1(Toll like receptors)全长基因,并对其结构特征和表达规律进行分析。[方法]采用同源克隆和快速扩增cDNA末端技术,从牙鲆头肾组织中克隆出TLR1基因cDNA全长序列,并对该基因进行生物信息学和表达模式分析。[结果]牙鲆TLR1基因cDNA全长2 947 bp,开放阅读框(ORF)2 418 bp,编码805个氨基酸,包括26个氨基酸组成的信号肽、2个跨膜区、6个富含亮氨酸重复结构域(LRR)和一个TIR结构域(Toll/interleukin(IL)-1 receptor)。该蛋白的分子量为91.15 kDa,等电点为6.49。氨基酸序列同源性分析显示,牙鲆TLR1基因与其他脊椎动物的TLR1基因序列全长同源性达到69%～35%,TIR序列的同源性达到84%～62%。在系统发生树上牙鲆的TLR1基因首先与斜带石斑鱼聚类。通过荧光定量qRT-PCR检测,结果显示牙鲆TLR1基因的mRNA主要表达于肝脏、心脏和脾脏等组织。[结论]该研究结果为进一步研究TLR1基因的功能和开发牙鲆免疫增强剂奠定了基础。     

大豆与棉花抗性基因类似物的同源性比较及其进化分析

已知许多植物抗病基因的蛋白质产物具有保守的结构域 ,如NBS、LRR、TM等。根据烟草的N基因、亚麻的L6基因和拟南芥的RPS 2基因的保守序列设计了 1对简并引物 ,并以应县小黑豆基因组DNA为模板 ,PCR扩增获得 16个不同的RGA片段 ,大小在 470～5 45bp ,且不同程度地含有抗病基因的保守序列 ,如GGVGKTT、GSRII、GLPL等。与已知大豆、棉花RGA进行比较 ,发现该试验获得的大豆RGA和用相同引物扩增获得的棉花RGA核酸序列以及相应的氨基酸序列之间同源性较低 ,与已经克隆的大豆RGA及其氨基酸序列之间相似性较高。在分子水平揭示了大豆及棉花RGA的起源及其进化。     

云南3种野生稻中抗病基因同源序列的克隆及序列分析

 根据已报道的NBS LRR类和STK类抗病基因结构中的氨基酸保守区域 ,设计简并引物 ,通过PCR扩增及克隆 ,从普通野生稻 (OryzarufipogonGriff.)、药用野生稻 (OryzaofficinalisWall.)、疣粒野生稻 (Oryzameye rianaBaill.)中共获得 14类NBS LRR类抗病基因同源序列 ,其中普通野生稻中的有 7类 ,药用野生稻中的有 2类 ,疣粒野生稻中的有 6类。药用野生稻中TO12代表序列与普通野生稻中TR19代表序列 ,同属一类 ,且具有 10 0 %的同源性 ,说明不同种野生稻中的同一类 (聚类 )抗病基因同源序列是完全一致的。同时 ,还获得 5类STK类抗病基因同源序列 ,其中普通野生稻中的有 4类 ;药用野生稻中的有 1类。通过氨基酸同源性比较分析 ,发现笔者克隆到的抗病基因同源序列与已克隆的抗病基因L6、N、Bs2、Prf、Pto、Lr10和Xa2 1等的氨基酸同源性都相当低 (均低于 2 5 % ) ,暗示了这些抗病基因同源序列可能是目前尚未报道的抗病基因的同源序列。     

大豆与棉花基因组中抗病基因类似物的相似性分析

已知许多植物抗病基因的蛋白质产物具有保守的结构域,如NBS、ILRR、TM等。根据烟草的N基因、亚麻的L6基因和拟南芥的RPS2基因的保守序列设计了1对简并引物,以应县小黑豆基因组DNA为模板,通过PCR扩增获得16个不同的RGA片段,大小为470～545bp,且不同程度地含有抗病基因的保守序列,如GGVGKTT、GSRII、GIPL等。与已知大豆、棉花RGA进行比较,发现获得的大豆。RGA和用相同引物扩增获得的棉花RGA核酸序列以及相应的氨基酸序列之间同源性较低,与已经克隆的大豆RGA及其氨基酸序列之间有较高的相似性。     

黑龙江水稻品种抗病基因同源序列聚类分析

 利用拟南芥RPS2基因和烟草N基因的NBS-LRR区域设计的S1和AS3两个引物对24个黑龙江粳稻品种基因组DNA进行PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳。分析结果表明:根据差异相似性86%为度可将供试品种划分为3个类群。抗病基因同源序列分析在利用水稻品种控制病害发生和抗病育种方面有指导意义。