植物中SWEET蛋白的研究进展

SWEET蛋白属于一类新型的糖转运蛋白,介导糖类物质的跨膜双向运输。之前的研究证实SWEETs作为糖外排转运蛋白在植物生长发育的一系列生理过程中起着重要的作用。其参与韧皮部的装载和植物激素的转运、花、果实和种子的发育、植物与病原菌之间的互作和植物与微生物之间的共生等。本研究将围绕SWEET蛋白的结构特征、系统进化、转运机制、生理功能以及它在农业生产中的应用等研究进展进行总结,为后续深入的研究提供帮助。     

植物蔗糖转运蛋白SUTs的生理功能及其调控研究进展

蔗糖是绿色植物光合固定产物储存和转运的主要形式,蔗糖从光合作用的源组织到非光合作用的库组织包括韧皮部装载、维管束运输和卸载三个过程。蔗糖转运蛋白(sucrose transporters, SUTs/SUCs)是广泛存在于植物中的一类跨膜蛋白,在蔗糖从源到库的长距离运输过程中起关键作用。植物蔗糖转运蛋白属于MFS (Major facilitator superfamily)基因超家族,分为两个跨膜区,中间由一个亲水胞质环隔开。了解蔗糖转运蛋白和蔗糖代谢相关酶的功能及调节对于提高农作物产量和促进可再生能源的生产至关重要。本研究阐述了近年来国内外对蔗糖转运蛋白的鉴定、生理功能和调控等方面的研究进展,有助于阐述蔗糖在植物体内的分配和运输机制。     

蔗糖转运蛋白OsSUT2对水稻抗病性的功能分析

蔗糖转运蛋白参与了植物对生物和非生物胁迫的响应,研究蔗糖转运蛋白在植物抗病反应中的作用可以为挖掘新的抗病途径打下基础。OsSUT2影响植株生长发育,主要在将蔗糖从液泡转移到胞质这一跨液泡膜的转运过程中和糖从源器官叶片输出到库器官的过程中起作用。目前OsSUT2对水稻植株抗病性的影响仍不清晰。本研究利用基因编辑技术获得水稻蔗糖转运蛋白OsSUT2的突变体材料,通过病原菌接种实验,探究其与水稻抗病性之间的关系。结果显示,与对照相比,OsSUT2基因敲除后,突变体对稻瘟病和白叶枯的抗病性减弱,并且对水稻部分产量性状造成负面影响。     

SWEET转运蛋白家族的发现、结构及功能研究进展

植物细胞间溶质转运的质外体途径是植物溶质(K~+,Na~+,糖等)转运的重要方式,该途径通常需要有溶质外排以及吸收两种转运蛋白的协同作用。其中,糖外排转运蛋白(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs)由于能够选择性吸收不同糖底物并在植物生理活动与发育过程中发挥重要功能,近年来受到广泛关注。研究发现:植物的SWEET蛋白是具有7个跨膜结构域的转运蛋白;SWEETs蛋白在蔗糖流出叶片的过程中发挥功能,可以促进糖类物质跨过细胞膜顺浓度梯度的扩散;还可以在病原菌侵染植物过程中被微生物劫持来为其生长提供糖分;SWEETs家族蛋白还参与花蜜的分泌从而促进传粉、参与花粉发育和花粉管生长;为菌根共生体提供营养等。有关SWEETs蛋白的功能及其结构的深入研究将植物的生长发育与基础代谢有机地联系在一起。     

拟南芥蔗糖转运蛋白(SUTs)的功能研究进展

蔗糖是光合产物在植物体内贮藏、运输的主要形式.植物蔗糖转运蛋白对蔗糖的装载、运输、卸出与分配过程起着不可替代的作用.本文详细介绍了拟南芥9个蔗糖转运蛋白家族成员的功能、分类、表达定位以及动力学特性等方面的研究进展.     

蓖麻RcNHX2基因克隆与生物信息学分析

液泡膜型钠氢逆向转运蛋白(Tonoplast Na~+/H~+antiporters,NHX)在植物耐盐方面具有重要意义。本研究利用RACE方法克隆了蓖麻Rc NHX2基因的3'端和5'端片段。最后设计全长引物获得蓖麻Rc NHX2全长序列,并对其进行生物信息学分析。结果表明,蓖麻液泡膜型钠氢逆向转运蛋白基因的c DNA完整的开放阅读框序列为1 626 bp,推测其可编码541个氨基酸;含有典型的液泡膜型钠氢逆向转运蛋白典型的Na~+/H~+交换泵(~(50)NES~(52))和氨氯吡嗪咪的结合位点(~(84)LFFIYLLPPI~(93));存在12个跨膜结构域,属于跨膜蛋白;预测其定位于细胞质膜和液泡膜及内质网膜。     

高糖甜菜BvNHX1基因的克隆及表达特性分析

本研究以高糖甜菜品种‘BS02’为材料,采用同源克隆技术分离其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因,命名为BvNHX1。该基因包含有1 659 bp的开放阅读框,编码552个氨基酸,蛋白分子量为61.31 kD,理论等电点为6.31。预测该基因编码的蛋白具有12个跨膜结构域,同时具有Nhap、Na_H_Exchanger和b_cpa1超家族的保守结构域,而且与盐角草、犁苞滨藜、盐地碱蓬等多种藜科植物NHXs聚为一类,属于液泡膜NHX家族中的ClassⅠ成员。实时荧光定量PCR结果显示:在400 mmol/L NaCl、200 mmol/L KCl和15 mmol/L ABA处理下,该基因表达量分别在叶和根中达到峰值,且叶中的表达量均显著高于根中,表明该基因在响应NaCl、KCl和ABA时,可能在叶中发挥的作用远大于根中。本研究结果将为甜菜耐盐分子机理的研究奠定基础,同时为高糖甜菜耐盐性遗传改良提供坚实可靠的依据。     

家蚕糖转运蛋白BmST1基因的克隆与序列分析

糖转运蛋白运输葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖等透过细胞膜为机体提供能量。根据GenBank已登陆的其它物种的糖转运蛋白序列与家蚕基因组框架图和EST序列获得家蚕同源糖转运蛋白基因BmST1。基因编码区长1 392 bp (GenBank登录号：FJ373021),编码463个氨基酸,预测蛋白分子质量为51.635 kDa。序列分析显示基因有2个外显子,含有11个跨膜结构域。RT-PCR表明该基因仅在本文所检测的家蚕丝腺中表达。     

家蚕糖转运蛋曰BmST1基因的克隆与序列分析

糖转运蛋白运输葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖等透过细胞膜为机体提供能量.根据GenBank已登陆的其他物种的糖转运蛋白序列与家蚕基因组框架图和EST序列获得家蚕同源糖转运蛋白基因BmST1.基因编码区长1 392 bp(GenBank登录号:FJ373021),编码463个氨基酸,预测蛋白分子质量为51.635 kDa.序列分析显示基因有2个外显子,含有11个跨膜结构域.RT-PCR表明该基因仅在此文所检测的家蚕丝腺中表达.     

水稻OsURGT2基因的克隆、表达及功能预测分析

植物细胞中核苷酸糖转运蛋白(NST)将胞质溶胶中的核苷酸单糖转运至高尔基体或内质网内,这对于植物细胞壁非纤维素多糖合成时单糖的供应至关重要。本研究从水稻中克隆了一个含有NST蛋白结构域的基因,命名为OsURGT2。对OsURGT2蛋白的理化性质、结构特点、基因启动子中的顺式作用元件及表达模式等进行了预测及分析。结果表明,水稻OsURGT2基因的全长编码序列为1 008 bp,编码335个氨基酸。OsURGT2蛋白为疏水性蛋白,含有9个跨膜结构域和多个磷酸化位点,与一个GDP-甘露糖转运蛋白的三级结构较相似。OsURGT2基因对高、低温和盐胁迫处理有较强的表达响应、受多种植物激素(赤霉素,水杨酸,茉莉酸甲酯)处理诱导表达。结果说明,OsURGT2极有可能编码一个具有某种核苷酸糖转运活性的蛋白,并可能在水稻生长发育过程中应答逆境方面发挥重要作用。     

植物SWEET基因家族的研究进展

植物糖转运蛋白SWEET基因家族是近年来发现的一类重要的糖转运蛋白,通过调节糖分在植物体内的转运及分配等,进而在植物的生长发育、生理代谢、抗逆境胁迫等方面起着重要作用。不同物种中SWEET基因所表现的生物学功能不同,对植物生物生命活动起着重要影响。本研究报告了植物SWEET基因家族的蛋白结构、转运机制以及生物学功能的研究现状,旨在为进一步研究SWEET基因家族的其他结构与功能提供理论基础。     

植物SWEET基因家族的相关研究进展

为了深入研究近年来新发现的一类糖转运蛋白SWEET基因家族在植物中的作用,本研究介绍了植物SWEET基因家族的发现,归纳总结了SWEET基因的蛋白质结构、进化分析结果和在植物中的生理功能。指出SWEET转运蛋白具有多种不同的生理功能,在植物生长发育及代谢活动中起了重要的作用。为后续在植物中研究SWEET基因家族提供一定的理论基础。     

植物Pht1家族磷转运子的分子生物学研究进展

植物磷转运子是植物磷营养中的重要蛋白之一。对植物磷转运子蛋白的拓扑结构、功能及其基因的调控和表达位点的研究,揭示了植物磷转运子各家族中各成员在磷代谢中的角色。植物磷转运子中Pht1家族是一类H2PO4-/H 共转运子,该家族主要成员在植物根系中负责磷的吸收、转运,其表达受磷调控,因此是研究得最为深入的植物磷转运子家族。本文总结了植物Pht1家族磷转运子的最新研究进展,讨论了植物磷转运、分配的分子机理,并指出今后研究的主要方向,为开拓改良植物磷效率的新思路提供依据。     

miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

植物磷胁迫条件特异性表达基因研究进展

磷是植物生长发育必须的元素,然而多数土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养研究成为广泛研究的课题。目前,磷素营养的研究已深入到分子水平。在磷缺乏时,植物根和茎中发现了许多磷缺乏特异性表达的基因,包括高亲和力磷转运子、有机酸的分泌相关基因、酸性磷酸酶、TPSI1/Mt4基因家族等。这些磷缺乏特异性基因的表达对植物吸收利用磷起到重要作用。磷缺乏特异性表达基因的研究为了解植物适应磷胁迫的机制、提高磷利用率改良作物奠定了基础。     

植物体中的糖信号及其转导机制

糖不仅作为呼吸底物为植物的生长和发育提供能量和代谢中间产物;而且具有信号的功能,从而调控植物的生长和发育。本文概述了植物体内糖信号产生的途径、存在的糖信号系统以及糖信号的转导和调控机制。     

DROUGHT STRESS: Role of Carbohydrate Metabolism in Drought‐Induced Male Sterility in Rice Anthers*

Rice plants exposed to three consecutive days of water stress (?0.5 MPa) show a reduction in male fertility and grain set, which is attributed to increased levels of reactive oxygen species (ROS) and activation of a programmed cell death. This current research was conducted to further investigate the association of sugar metabolism with microspore abortion in rice anthers. Biochemical assays showed that sucrose, glucose and fructose contents were found to be significantly increased in anthers from water stressed plants compared with the control. qRT‐PCR analyses and in situ hybridization of metabolic genes (sugar transporters, invertase and phosphotransferase/kinases) demonstrated that the supply of sugars for developing microspores and the initial steps of sugar utilization e.g. glycolysis, were not repressed. However, it appears that the accumulation of sugars in stressed anthers might involve a reduction of mitochondrial activity during the tricarboxylic acid cycle, which could result in excessive production of ROS and a depletion of the ATP pool. These results also suggest that higher levels of sugars at all stages of anther development seemed to be associated with some measure of protection to the anthers against oxidative stress. Induced expression of sugar transporter genes might have maintained the high levels of sugar in the tapetum and the locules, which alleviated oxidant damage caused by excessive ROS generation. Thus, the increased level of sugars might potentially be a natural response in providing protection against oxidant damage by strengthening the antioxidant system in anthers.     

海藻糖调节植物响应非生物胁迫的研究进展

为了对海藻糖在植物抗逆过程中的作用有进一步理解,本综述对海藻糖应答非生物胁迫的进展进行了阐述。海藻糖是一种在植物体内广泛存在的非还原性二糖分子,在植物生长发育过程中起到重要作用。在植物应对非生物胁迫过程中,海藻糖在维持植物体内渗透压,保持膜结构,参与信号转导过程等方面发挥了重要作用,对作物栽培和育种改良有着重要的意义。根据近年来对海藻糖的研究进展,本综述重点对植物中海藻糖生物合成途径中的酶类,以及海藻糖在调控植物响应干旱、盐害、高温和低温胁迫方面的作用进行归纳总结。同时,对外源海藻糖对植物生长和发育的影响进行了总结,并对海藻糖可能的研究方向进行预测。为深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制并将海藻糖应用于作物的栽培和改良提供了依据。     

小麦光敏色素基因TaPhyB3的克隆和表达分析

从小麦品种中国春中克隆了编码光敏色素基因B的脱辅基蛋白,将其定位于4D染色体的长臂上,并命名为TaPhyB3。TaPhyB3的开放阅读框为3501bp,编码一个128kD、具有1165个氨基酸的蛋白质。它与水稻、玉米和拟南芥在氨基酸水平上的一致性分别为93%、90%和73%。对不同光线处理7d小麦植株表达的分析表明,TaPhyB3在黑暗中表达最低、在白光下的表达水平最高,在远红光、红光、蓝光和白光下的表达水平分别是黑暗中的2.2、7.7、7.4和37.3倍。组织特异性表达分析表明,TaPhyB3在小麦幼苗所有组织中都表达,叶片中的表达水平是根的11.4倍。推测TaPhyB3的表达水平与小麦的光形态建成的程度呈正相关。