水稻基因组中分泌蛋白的初步分析

本文利用Signa1P3．0两种算法NN（neural network）和HMM（hidden markov model）对水稻基因组中59712个ORF进行了初步的筛选,其中有4433个ORF编码的蛋白具有分泌特性,占整个基因组的7．3％。4433个具有分泌特性的蛋白,在染色体的分布是不均一的。在1号染色体的所占的比例最多,为8．8％;而12号染色体上所占的比例最少,为5．0％。其中在具有分泌特性的蛋白中,酶类、非酶类和推测蛋白分别占具有分泌型信号肽蛋白的24．9％、45．7％和29．5％。     

黄瓜CsCCD7基因的核酸和蛋白质序列分析

为了研究CsCCD7蛋白的生物学功能并为CsCCD7的表达调控提供理论依据,使用一系列生物信息学软件、数据库和在线程序,对黄瓜CsCCD7核酸序列及蛋白序列进行分析。结果表明CsCCD7开放阅读框长1665 bp,编码554 AA,与CCD7蛋白同源性高;预测CsCCD7位于黄瓜第6号染色体上、基因全长含7个外显子和6个内含子。CsCCD7分子量是62.7 KDa、是不稳定蛋白;其蛋白序列中富含磷酸化位点;此蛋白为非分泌型蛋白、无跨膜结构域;预测其定位于叶绿体;此蛋白二级结构预测表明β折叠和β转角加起来的量多于α螺旋的量、为亲水性蛋白质;其二级结构和三级结构预测显示属于类胡萝卜素双加氧酶家族成员。CsCCD7属于CCDs蛋白家族成员、为黄瓜腋芽生长抑制基因的同源基因,可能在黄瓜腋芽生长和发育阶段对独角金内酯的合成和信号转导途径中起到重要作用,CsCCD7有进一步研究的价值。     

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。     

铝离子胁迫下大豆根尖柠檬酸的分泌及SGA1基因的表达

为揭示铝离子诱导大豆根尖分泌有机酸的特点及介导有机酸分泌的信号途径,采用溶液培养试验方法调查Al Cl3对大豆品种(广州本地2号)根尖有机酸分泌及SGA1基因表达的影响。结果表明,Al Cl3胁迫下大豆活体根尖分泌柠檬酸,且分泌量随着铝浓度(25、50μmol L–1Al Cl3)和处理时间(2~12 h)的增加而增加;大豆根尖以模式II分泌柠檬酸,处理后的前4 h,分泌速率很低,其后显著提升;有机酸明显分泌的诱导期长达6 h;在50μmol L–1 Al Cl3的溶液中添加异三聚体G蛋白抑制剂百日咳毒素(200 ng m L–1),柠檬酸分泌减少38.7%。RT-PCR分析结果显示,Al Cl3溶液诱导大豆根尖SGA1基因的表达,其表达水平随着铝处理时间(0.5~12.0 h)的延长有提升的趋势,而诱导的SGA1基因表达明显早于有机酸开始分泌时间(6 h)。这些结果表明,铝离子诱导大豆根尖分泌柠檬酸及SGA1基因的表达,异三聚体G蛋白可能作为铝胁迫信号开关器参与有机酸分泌的调控。     

花生AhXTH32蛋白的生物信息学分析、亚细胞定位与原核表达

木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(XTH)在植物的生长发育和逆境应答中发挥重要作用。本研究运用生物信息学技术对花生AhXTH32蛋白的理化性质、结构等进行分析,利用水稻原生质体瞬时表达法对Ah XTH32进行亚细胞定位,通过原核表达初步研究其表达情况。结果表明：AhXTH32蛋白的N端含有信号肽,没有跨膜结构,属于典型的分泌蛋白;含有GH16、XET-C两个保守结构域,属于XTH蛋白家族;定位在细胞质、细胞膜、质外体,缺失信号肽时,蛋白不能分泌到胞外;在大肠杆菌中成功表达可溶性重组AhXTH32蛋白。推测该蛋白可能与质膜结合后分泌到胞外水解细胞壁半纤维素,参与花生的防御机制。     

草本纤维生物提取菌株分泌的关键酶研究

为研究草本纤维生物提取菌株分泌的关键酶种类和特性,采用经典的DNS法对草本纤维生物提取菌株分泌的果胶酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶进行系统分析。结果表明,6 个草本纤维非纤维素降解菌株均能同步产果胶酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶;在培养的第9~11 h,菌株CBXW-3 分泌的果胶酶活力最高达123 IU/mL,其次为菌株CBXW-1 的果胶酶活力105 IU/mL;菌株CBXW-4 的甘露聚糖酶活力最高达214.2 IU/mL,其次为菌株CBXW-1 的甘露聚糖酶活力162.1 IU/mL;菌株CBXW-4 的木聚糖酶活力最高为111.4 IU/mL,其次为菌株CBXW-6 的木聚糖酶活力87.6 IU/mL。由此得出,6 个目标菌株分泌的草本纤维非纤维素降解酶系种类丰富,酶活力高,可为阐明草本纤维生物提取机理和开发微生物资源的应用价值提供科学依据。     

豆科植物根瘤菌结瘤因子的感知与信号转导

结瘤因子（脂壳寡糖,lipo-chito-oligosaccharides,LCOs）是根瘤菌在宿主植物根系分泌的类黄酮的作用下,合成并分泌的一类多糖信号分子,在根瘤菌与植物的共生结瘤过程中起重要作用。结瘤因子通过一定的机制感知,与某种特定受体（结瘤因子结合蛋白）结合,通过结瘤因子激活的信号转导途径如Ca2+介导的信号转导途径或磷酸类脂信号转导途径,诱导宿主植物的一系列反应,如根毛质膜去极化、皮层细胞分裂和结瘤素基因表达等。同时,结瘤因子的感知与信号转导也受一定基因和反馈机制调控。就豆科植物根瘤菌结瘤因子感知机制、信号转导途径及反馈调控等方面的研究进展进行了全面阐述。     

蓖麻RcGA20ox1基因克隆及生物信息学分析

GA20氧化酶是赤霉素生物合成途径中的重要氧化酶,我们尝试克隆该酶,发掘蓖麻中GA20ox家族候选基因,并推测其功能。根据NCBI上已知蓖麻GA20ox1基因(XM_002510827.2)序列设计引物,扩增得到GA20ox基因片段,连接pMD18-T载体,得到Rc GA20ox1 cDNA完整的开放阅读框序列1 137 bp,并对其进行序列比对、转录物理化性质分析、疏水性、功能域分析及其三级结构预测。推测其可编码378个氨基酸,为亲水性稳定蛋白;基因隶属PcbC superfamily家族,为非分泌蛋白、细胞质蛋白、含有28个磷酸化位点;预测结构由8个α-螺旋和8个β-折叠构成;与大戟科巴西橡胶树、木薯和麻疯树高度同源。本研究为蓖麻GA生物合成乃至蓖麻矮化相关研究提供一定的理论与实践依据。     

马蓝及其他76种植物异胡豆苷合成酶的生物信息学分析

在分析比较多种植物异胡豆苷合成酶(STR)氨基酸序列特征的基础上,确定马蓝STR蛋白的生物信息学特征,为该蛋白的后续研究提供参考。利用生物信息学方法对马蓝及其他76种植物共101条STR氨基酸序列在序列组成、生化特性、信号肽、导肽、跨膜结构、卷曲螺旋结构、蛋白质二级、三级结构及其功能结构域等方面进行预测分析,并进行了植物的同源比对及蛋白系统进化树的构建。蛋白同源性比对结果显示,马蓝STR与胡麻科植物芝麻的同源性最高;所有STR蛋白氨基酸残基数集中在391 aa以上,相对分子质量43.932 kD,理论等电点约5.88,提示STR为酸性蛋白;序列结构预测结果显示,STR蛋白亲水区域多于疏水区域,多数存在信号肽和分泌途径导肽,少数具有跨膜结构域;蛋白质二级结构中最主要的结构元件是β-转角和无规则卷曲,含有STR活性结构域。通过分析所得的马蓝等植物STR蛋白的生物信息学特征可为今后进行该酶基因的克隆与功能研究,以及后续的蛋白代谢途径与药效物质生物合成调控网络等方面的研究提供基础。     

豆科植物根瘤茵结瘤因子的感知与信号转导

结瘤因子(脂壳寡糖，lipo—chito—oligosaccJharides，LCOs)是根瘤茵在宿主植物根系分泌的类黄酮的作用下。合成并分泌的一类多糖信号分子，在根瘤茵与植物的共生结瘤过程中起重要作用。结瘤因子通过一定的机制感知。与某种特定受体(结瘤因子结合蛋白)结合，通过结瘤因子激活的信号转导途径如Ca^2 介导的信号转导途径或磷酸类脂信号转导途径，诱导宿主植物的一系列反应，如根毛质膜去极化、皮层细胞分裂扣结瘤素基因表达等。同时，结瘤因子的感知与信号转导也受一定基因扣反馈机制调控。就豆科植物根瘤茵结瘤因子感知机制、信号转导途径及反馈调控等方面的研究进展进行了全面阐述。     

地黄己糖激酶RgHXK2基因的电子克隆及生物信息学分析

己糖激酶(HXK)的主要功能是在糖酵解途径中催化己糖磷酸化,是植物体内调控呼吸代谢的关键酶之一。主要催化己糖磷酸化进入糖酵解途径,可在植物体的生长发育过程中为其提供大量的能量。己糖激酶属于hexokinase-2超家族,在植物生命活动中发挥着重要的作用。为了解地黄(Rehmannia glutinosa)己糖激酶基因RgHXK2在磷酸化过程中起到的作用,该研究基于转录组测序获得的地黄己糖激酶基因ORF的部分保守序列和地黄的SRA数据库,在NCBI中进行电子克隆获得地黄RgHXK2全长cDNA序列;采用在线网上工具ProtParam、TMHMM、SOPMA、SMART、MEME、Clustal Omega以及Jalview、MegaX等软件对其进行生物信息学分析,结果显示,地黄RgHXK2基因全长1 462 bp,包含1 194 bp的开放阅读框,编码一个含有397个氨基酸、相对分子质量为43.75 kD、等电点为6.34的蛋白质。在线软件预测该蛋白含有Hexokinase-1和Hexokinase-2保守结构域,无信号肽与跨膜结构,为亲水性非分泌蛋白,主要分布于线粒体和叶绿体中,参与碳...     

稻瘟病菌MoSSPs生物信息学分析与MoSSP7定位研究

真核生物中,SET蛋白在基因转录的表观遗传调控方面是必需的,基因转录通过催化组蛋白赖氨酸甲基化而受调控。某些病原性细菌和病毒可以分泌SET蛋白去修饰宿主基因组,进而抑制宿主细胞免疫反应。真菌中SET蛋白已有较为深入的研究。但是,分泌型SET蛋白的功能,很大程度上仍然未知。为了研究稻瘟病菌分泌型SET蛋白的功能,我们从稻瘟病菌数据库中搜索获得8个预测的分泌型SET蛋白,分别命名为MoSSP1-8。通过在线的生物信息学工具分析了Mo SSP蛋白功能结构域和理化特性。RNA-Seq数据揭示其中6个基因在侵染时期表达量上调。序列比对和进化分析结果表明,Mo SSP7及其真菌同源蛋白在SET结构域都具有保守的基序,并且在进化上关系较近。共聚焦显微观察结果表明,在侵染菌丝中MoSSP7蛋白主要集中在BIC上,这说明它是一个胞质效应因子。     

枸杞LbCO基因的克隆与生物信息学分析

CONSTANS(CO)基因是高等植物叶片中光周期途径的关键成分,生物钟及光信号控制CO基因的表达。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)品种之一‘宁杞7号’叶片为实验材料,通过转录组测序结果筛选,利用RT-PCR技术扩增得到‘宁杞7号’的CO基因cDNA全长序列,命名为LbCO。利用生物信息学手段对所获得的序列进行结果及功能预测,结果显示:LbCO基因的cDNA序列全长1224 bp,编码407个氨基酸,分子质量为44.83 k D,理论等电点pI=5.58,不稳定指数为39.66,是一种稳定的非分泌蛋白。该蛋白亚细胞定位于细胞核,二级结构中无规则卷曲占比最高(54.48%),其次为α-螺旋(28.99%)。系统进化分析表明枸杞LbCO蛋白与其它物种的CO蛋白具有较高的同源性,其中与辣椒属CO蛋白亲缘关系最近。本研究为后续进一步探讨该基因编码的蛋白在调控枸杞花期研究方面提供理论参考。     

链霉菌B221的角蛋白降解机制初探

利用本实验室自行分离得到的链霉菌B221液体发酵分解羽毛角蛋白,在第2d到第3d角蛋白降解最为迅速,5d后角蛋白降解率达到82.7%。发酵液的无细胞上清液中检测到角蛋白酶活,最大酶活出现在第4d。在角蛋白降解率与角蛋白酶活之间的不完全对应,揭示可能还存在非酶降解途径。硫酸盐是角蛋白降解过程中硫元素的主要转化形式。同时在发酵液中检测到亚硫酸盐,其含量变化与酶活、降解率、可溶性蛋白、巯基化合物的变化存在很强的相关性,表明亚硫酸盐在角蛋白降解中可能起到非常关键的作用。链霉菌B221降解角蛋白的过程中不但存在角蛋白酶降解途径,而且存在非酶降解途径—亚硫酸分解作用。     

拟南芥硫代葡糖苷酶基因TGG1的克隆、表达和酶学特性

本研究克隆拟南芥硫代葡糖苷酶基因TGG1,利用毕氏酵母表达。重组蛋白用镍亲和柱纯化,获得高纯度芥子酶。重组蛋白分子量78 kD,与天然TGG1分子量接近,为糖基化蛋白。TGG1信号肽在酵母中具有分泌功能,约25%芥子酶分泌到培养基中。TGG1重组蛋白具有广泛的pH适应性,最适反应温度40℃左右。其活性被低浓度维生素C激活,被高浓度维生素C抑制。用Hanes plot方法计算TGG1重组蛋白以Sinigrin为底物时,Km为65μmol/L,最大反应速率Vmax=3.28μmol.min-1.mg-1。     

漆树查尔酮合酶基因家族生物信息学分析

查尔酮合酶(CHS)是黄酮类化合物合成过程中的关键酶。为了进一步探索CHS基因家族在调控黄酮类物质合成中的功能,本研究对12个漆树CHS基因编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、蛋白二级结构以及系统进化等方面进行初步生物信息学分析。保守结构域分析发现12个TvCHS基因均含有CHS-Like保守序列;12个TvCHS基因除了TvCHS10在叶中不表达和TvCHS11在根中不表达,其余10个基因在漆树根茎叶都有表达;12个CHS蛋白中有4个疏水蛋白、8个亲水蛋白。在系统进化分析中,漆树CHS基因家族12个基因被划分为两个组。信号肽预测分析发现12个TvCHS基因均为非分泌蛋白;磷酸化位点预测分析发现丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点数量最多,络氨酸最少。本研究对漆树CHS基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究漆树CHS基因家族的功能提供了一定的参考和依据。     

甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。     

高等植物蛋白质的特异性降解系统

在细胞内功能蛋白质处于不断的合成与降解中,其中蛋白质的特异性降解是蛋白功能调节的重要机制。蛋白质的特异性降解分为泛素依赖的途径和非泛素依赖途径。在泛素依赖的降解途径中,蛋白质在泛素激活酶、泛素结合酶、泛素连接酶的作用下泛素化,然后在26S蛋白酶体中进行降解。蛋白质也可不依赖泛素被26S蛋白酶体降解,或被游离的20S蛋白酶体降解。本文主要介绍高等植物中的蛋白质特异性降解途径及特异性机制的研究进展。     

非淀粉多糖酶对牙鲆消化酶活性和饲料消化率的影响

以初始平均体重(2.04 ± 0.02)g的牙鲆(Paralichthys olivaceus)为实验对象,进行为期70 天的摄食生长实验,研究不同添加方式的非淀粉多糖酶对牙鲆消化酶活性和饲料消化率的影响。在5000.0 g豆粕中添加25.0 g非淀粉多糖酶,然后用产朊假丝酵母(Candida utilis)进行发酵预处理,得到非淀粉多糖酶预处理豆粕。共制作4种等氮等能饲料,其中以全鱼粉饲料为对照饲料,用豆粕蛋白替代45%的鱼粉蛋白配制成豆粕组饲料;在豆粕组饲料中添加0.2%非淀粉多糖酶配制成非淀粉多糖酶组饲料;用非淀粉多糖酶预处理豆粕蛋白替代45%的鱼粉蛋白配制成非淀粉多糖酶预处理豆粕组饲料。结果表明,用豆粕蛋白替代饲料中45%的鱼粉蛋白,若不添加非淀粉多糖酶则显著降低牙鲆肝、肠的消化酶活性(P<0.01)和营养成分的表观消化率(P<0.05);在含豆粕饲料中添加0.2%非淀粉多糖酶显著提高牙鲆肝、肠的消化酶活性和营养成分的表观消化率(P<0.05);在饲料中添加非淀粉多糖酶预处理豆粕没有显著提高牙鲆肝、肠的消化酶活性和营养成分的表观消化率(P>0.05)。     

小麦Cyp450基因的电子克隆与生物信息学分析

为获得对小麦Cyp450基因及其编码蛋白质的理化性质与结构特性等,利用电子克隆方法克隆了一个新的小麦Cyp450基因,并对其编码的蛋白质进行了生物信息学分析。结果表明,该基因全长2155 bp,编码511个氨基酸;该蛋白序列的N端存在一个显著信号肽序列,属于CypX超家族,该蛋白定位于细胞质中,属于分泌途径中的信号肽蛋白,含有多个不同的磷酸化位点;二级结构以α螺旋（占48.14%）和无规则卷曲为主（占33.86%）,存在5个不稳定区,在85-511位处形成一个较大的球形蛋白域。该蛋白与大麦、二穗短柄草、水稻和高粱的同源Cyp450蛋白相似性较高,进化距离较近。获得了一个新的小麦细胞色素P450基因,并分析了其编码蛋白质的序列特性,为进一步实验克隆和研究其功能提供了理论基础。