红肉枇杷(Eriobotrya japonica)伸展蛋白基因家族的全基因组鉴定与分析

伸展蛋白(extensin, EXT)属于富含羟脯氨酸的糖蛋白(hydroxyproline-rich glycoprotein, HRGP)的一类,是细胞壁中的一种结构蛋白,在植物的生长中发挥多种作用。本研究在枇杷基因组中进行了EXT基因家族的全基因组鉴定,从所有枇杷蛋白编码基因中鉴定到112个EXT序列。根据结构域的类型、特征基序的数量和信号肽的有无,将112个EXT序列分为8类,包括6个经典的EXT (classical EXT, CEXT)、8个formin同源EXT (formin homolog (FH) chimeric EXT, FH EXT)、6个富含亮氨酸重复序列的嵌合EXT (leucine-rich repeat (LRR) chimeric EXT, LRX)、14个富含脯氨酸的EXT类受体激酶(proline-rich EXT-like receptor kinase,PERK)、9个短EXT (short EXT, SEXT)、1个长嵌合EXT (long chimeric EXT, LEXT)、56个其他嵌合EXT (other chimeric EXT...     

甜菜坏死黄脉病毒胁迫下甜菜HRGP的细胞化学研究

为了从细胞学水平明确甜菜细胞壁HRGP积累与甜菜抗丛根病性的关系,采用Western-blot分析及电镜细胞化学定位的方法,研究了BNYVV侵染甜菜抗、感病品种后,其细胞壁HRGP积累的差异。结果显示,BNYVV侵染以前,抗、感病品种块根与叶脉导管细胞的细胞壁表面观察到少量HRGP的沉积,两者之间无明显的差异;BNYVV侵染后,抗、感病品种植株体内病毒含量均在苗龄55天达到最高峰,此期抗、感病甜菜品种块根与叶脉横切面的所有导管细胞细胞壁上的HRGP均较对照显著增加,并且抗病品种HRGP的积累量明显高于感病品种的。说明在甜菜与BNYVV互作的体系中,HRGP在甜菜组织内快速积累是甜菜抗丛根病性的表现之一,从细胞化学角度证明了HRGP可作为评价甜菜品种抗丛根病性的参考指标。     

外源SA对甜菜幼苗细胞壁HRGP和木质素含量的影响

甜菜丛根病(Rhizomania)是甜菜生产中的毁灭性病害,细胞壁在抗病过程中起重要的保护作用,本研究以5mmol/L水杨酸(SA)处理甜菜幼苗,研究外源SA对细胞壁中羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)和木质素含量的影响。研究结果表明,SA提高了甜菜幼苗细胞壁中HRGP含量,提高幼苗苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性,细胞壁木质素含量增加,说明外源SA作为信号分子,可调控甜菜细胞壁中的防御系统,提高抗病性。     

转录因子NAC及其在植物生长发育中的作用

NAC蛋白是植物特异性转录因子家族中最大家族之一,参与植物生命过程中的基因表达调控,广泛存在于陆生植物中。NAC蛋白的结构决定了其对应的生物学功能。因此,对于NAC蛋白的结构研究有助于了解和阐述其在植物生长发育中生物学功能的多样性。本研究主要围绕结构和功能两方面进行综述:首先从NAC蛋白的起源、结构和分类角度出发来对NAC蛋白结构进行总结;其次就植物生长发育和对胁迫的应答反应两个方面概述其生物学功能,并评述了NAC蛋白的调控机制。同时,结合本课题组在烟草NAC蛋白方面的研究工作,对NAC转录因子在烟草中的研究进展进行概述。     

植物FtsZ基因家族生物信息学分析

FtsZ (Filamentous temperature-sensitive protein Z)蛋白是一种高度保守的细菌和真核生物微管蛋白的同系物,在许多植物和藻类物种中存在,是质体分裂复合体的基本组成部分,在植物生长发育中发挥重要作用。本研究在一种藻类植物(红藻)、一种苔藓植物(小立碗藓)、两种单子叶植物(水稻和高粱)、四种双子叶植物(木薯,拟南芥,蓖麻和毛果杨)中共鉴定出21个Fts Zs成员,分析了其蛋白理化性质、二级结构、三级结构,预测了保守碱基、FtsZs成员的亚细胞定位、蛋白磷酸化位点并且构建了系统发育进化树。结果显示,FtsZs的脂肪系数、不稳定系数和总平均亲水性等理化性质存在很大的差异。FtsZ蛋白家族均不具跨膜结构域,也不含有信号肽;蛋白的二级结构主要是无规则卷曲和延伸链;保守基序分析发现,植物FtsZ家族基因在进化上是相对保守的;FtsZs成员的亚细胞定位分析发现,Fts Zs分布在叶绿体和细胞质中。本研究可为FtsZ基因家族成员的生物学功能研究提供理论基础。     

植物类萌发素蛋白研究进展

在植物整个生长发育过程中时刻受到外界环境信号调控,遭遇各种逆境胁迫。在研究植物对逆境胁迫响应中,很多胁迫响应蛋白被发现。植物类萌发素蛋白(Germin-like proteins,GLPs)是其中一类重要的胁迫响应蛋白。它是一类与小麦萌发素(Germin)序列高度同源的、位于胞外基质的可溶性糖蛋白,几乎在所有生物中均发现有该类蛋白的存在。它具有多种生物学功能,在植物的生长发育阶段、生物和非生物逆境胁迫应答中起重要的作用。从植物GLPs 的分类、结构等方面全面介绍了植物GLP蛋白的主要特点,同时归纳它在抵御生物胁迫及非生物胁迫等方面的研究进展,为今后的进一步研究提供参考。     

水通道蛋白在植物抗逆中的功能及其调控机制

水分对植物的生长和发育至关重要。水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一种定位于细胞膜上的蛋白,能够在细胞膜上组成孔道,控制水分子在细胞的进出,从而调控植物体内的水分平衡。目前的研究表明植物水通道蛋白共有七种类型,其中最重要的是内嵌蛋白PIP。植物的水通道蛋白不仅种类多而且亚细胞定位呈现多样化。水通道蛋白的同源蛋白高度保守,常以四聚体的形式存在,具有水分子和其它小分子的转运活性,参与植物的各种生理生化过程,维持着植物根部和叶片中的水力传导率。在逆境条件下,植物的水通道蛋白可以通过响应外界逆境胁迫的信号影响基因的表达,利用信号转导通路改变通道分子的开关、活性、转运和富集,从而增强植物的抗逆性。根据植物水通道蛋白的种类、结构、转录后调控以及在抗逆中发挥的作用,本研究综述了植物水通道蛋白的进化适应的结构特点并阐述了水通道蛋白维持水分平衡作用的分子机制。     

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。     

植物钙联蛋白与钙网蛋白的研究进展

钙联蛋白与钙网蛋白是真核生物中重要的功能蛋白,其功能在哺乳动物中的研究已较为深入,但在植物中缺乏系统的遗传研究。本文通过对比动植物钙联蛋白与钙网蛋白的异同,归纳了植物钙联蛋白与钙网蛋白的结构与生物学功能;总结了植物钙联蛋白与钙网蛋白的研究现状;结合前人的研究结果及最新生物技术的应用,对今后植物钙联蛋白与钙网蛋白的相关研究做出展望。     

植物LEA 蛋白及其功能

干旱、盐碱和冻害是限制植物生长发育的主要逆境因子,胚胎晚期丰富蛋白（LEA）是一类重要的植物细胞脱水保护蛋白,在抵御干旱等非生物胁迫过程中发挥着重要功能。本文介绍了植物LEA蛋白的种类、结构及其表达特性,并综述了该类蛋白在提高植物抗旱、耐盐及抗冻能力等方面的研究进展。     

植物钙调素结合蛋白IQD的研究概况

Ca~(2+)信号通路是调节植物生长和响应环境约束必不可少的。钙调素和钙调素样类蛋白质(Ca M/CML)是植物中主要的Ca~(2+)传感器,调控下游众多具有调控特性的靶蛋白的生化活动。IQD(IQ67-domain containing protein)基因家族蛋白质构成了一大类植物特有的CAM/CML结合靶蛋白,其特征是具有67个氨基酸构成的IQ67保守结构域,即IQ67结构域,其共享了以串联方式排列的多个不同的Ca M基序。对拟南芥和番茄基因的研究揭示了IQ蛋白的首要作用是与基础防御反应和植物生长发育有关。本研究总结了植物中IQD蛋白的结构、系统发育分析、亚细胞定位研究以及环境胁迫的应答等生物学功能研究进展,并由此展望了今后的研究进展。     

植物Alfin1-like蛋白家族的研究进展

PHD-finger (Plant homeodomain-finger)蛋白家族作为一个超家族,在调控细胞周期、生长发育和环境适应等方面发挥着重要的作用。Alfin1-like蛋白家族是PHD-finger蛋白的一个亚家族,仅存在于植物类群中。拟南芥基因组中主要包含7个Alfin1-like蛋白：AL1～AL7,它们的基因结构和蛋白结构具有高度的保守性。Alfin1-like家族蛋白在调控染色质状态以及基因转录方面发挥着重要作用,它们可以结合不同甲基化状态的组蛋白,进而参与到植物生长发育等生命活动。同时Alfin1-like家族蛋白在植物响应干旱、低温、盐、ABA以及病原菌等生物和非生物胁迫方面也发挥了重要作用。本研究系统地阐明了Alfin1-like蛋白家族参与的信号转导途径,为今后植物领域的相关研究提供参考。     

植物酰基载体蛋白基因家族序列分析

以拟南芥酰基载体蛋白为查询序列,检索18个植物物种的基因组数据库,获得138个酰基载体蛋白基因和12个基因片段。植物酰基载体蛋白由1个基因家族编码,成员2～16个。植物酰基载体蛋白磷酸泛酰巯基乙胺结合位点(Ser)周围的氨基酸序列高度保守,该位点包含在保守的DSL基序中。植物酰基载体蛋白基因结构类型分为5种,其中类型III酰基载体蛋白基因所占比例最大。绝大多数植物酰基载体蛋白基因家族成员单独或2～4个成员分布在一条染色体上。在138个植物酰基载体蛋白基因中,19个具有不同剪接体。植物酰基载体蛋白基因家族成员可能起源于一个共同的祖先基因。     

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。     

杧果中DXS基因的鉴定及与其他植物的比较分析

1-脱氧-D-核酮糖5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS)是2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphate, MEP)途径的第一个关键酶。本研究鉴定了杧果DXS基因,以拟南芥DXS基因为参考,通过BLASTP方法获得了番木瓜、金钱橘、甜橙、苹果、桃子、白梨、葡萄、中华猕猴桃、无油樟、小果野蕉的DXS基因的蛋白序列,共32条序列,对其进行了保守结构域、保守基序、系统发育、理化性质、蛋白二级结构分析等研究。保守结构域及保守基序分析结果表明,杧果DXS蛋白包含一个PLN02582结构域,保守结构域内包含6个motif,其宽度、排列顺序与大多数植物相同,说明DXS基因家族具有高度保守性。系统发育分析结果显示,单子叶植物纲与双子叶植物纲的DXS基因没有分别形成分支,推测在进化过程中DXS基因的分化在双子叶植物纲和单子叶植物纲形成之后。理化性质分析及蛋白二级结构分析结果显示,稳定性蛋白占65.63%,碱性蛋白占25%,所有蛋白均为亲水性蛋白。杧果DXS蛋白为酸性、不稳定蛋白,具有亲水性。杧果DXS蛋白的二级结构主要结构元件是无规则卷曲、α-螺旋。本研究为进一步阐明杧果DXS基因在萜类合成途径中的功能提供了理论依据。     

WRKY转录因子及其在植物防御反应中的作用

WRKY蛋白是只存在于植物中较为复杂的转录因子家族。由WRKY蛋白N端高度保守的WRKYGQK氨基酸序列及其特殊的锌指结构而命名的WRKY结构域能专性与其顺式作用元件W-盒[(T)(T)TGAC(C／T)]结合。根据WRKY结构域的数量及锌指结构的特征将WRKY蛋白家族分为3类,其中拟南芥中第三类家族中几乎所有的WRKY成员都与应答生物胁迫有关。WRKY蛋白的表达特性为快速、瞬时、具组织特异性诱导表达。目前,WRKY蛋白被广泛认为参与植物生物与非生物胁迫应答反应、植物衰亡、种皮及毛状体发育及果实发育等一系列的生理活动,本文综述了WRKY转录因子的结构特征及其功能特性,重点讨论了它们在植物防卫反应中的调控作用。     

植物逆境相关C2H2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,因其具有指状结构特征且能结合Zn2+而得名。植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种,大多包含特有的QALGGH保守结构。该蛋白广泛参与到植物的生长发育和逆境胁迫信号转导过程中。本研究主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的结构、功能、分类及逆境相关的作用机制,概括了C2H2型锌指蛋白在参与植物非生物和生物胁迫耐受性的研究成果,并对其进一步的深入研究进行了展望,为将来利用锌指蛋白基因提高作物抗逆性提供较为全面的资料。     

植物马槟榔及其甜蛋白马宾灵(MabinlinⅡ)的研究进展

马槟榔(Capparis masaikai Lévl.)是中国特有的在果实中富含甜蛋白的野生植物资源,其种子中所含的甜蛋白马宾灵(MabinlinⅡ)的甜度是同等重量蔗糖的400倍。马宾灵在目前已发现的7种植物甜蛋白中具有最佳的热稳定性和耐酸性,将其作为一种新型甜味剂在食品领域有着极为广阔的市场前景。本研究概述了植物马槟榔的研究现状,分析了其甜蛋白马宾灵(MabinlinⅡ)的活性结构,总结了甜蛋白马宾灵在基因工程方面的研究进展,以期为进一步研究马槟榔的栽培及马宾灵的体外表达提供参考依据。     

SUPERMAN类单锌指蛋白的研究进展

植物SUPERMAN类锌指蛋白属于C2H2型锌指蛋白中的单锌指蛋白,具有N端QALGGH和C端富含亮氨酸L(I)DLXLR(K)L的保守结构域,主要在植物花发育、胚发育、种子发育、侧根和分枝发育过程中起重要作用。本文阐述了SUPERMAN类单锌指蛋白在结构、作用机制、功能等方面的研究进展。随着不同作物中SUPERMAN家族的基因克隆,其生理功能和对植物生长发育的调控机制将更清晰,为进一步的基因遗传转化奠定了基础。     

植物AAO基因家族的鉴定与生物信息学分析

抗坏血酸氧化酶(AAO)是一种多功能的酶,在调节植物发育过程和应激反应方面发挥重要作用。本研究以水稻抗坏血酸氧化酶基因OsAAO2为靶序列,在葡萄、小麦、水稻等物种中鉴定出23个AAO成员,分析其染色体定位、预测蛋白理化性质和二级结构、亚细胞定位、保守基序并且构建系统发生树。结果表明,AAOs在理化性质上有很大的差异,如分子量和理论等电点(pI),但在N端都含有信号肽;AAO家族蛋白富含碱性氨基酸,均为亲水性蛋白;蛋白的二级结构主要是无规则卷曲和延伸链;保守基序分析发现,AAOs蛋白较稳定,具有很强的保守性;亚细胞定位分析发现,AAOs分布在叶绿体、液泡、细胞质等不同的细胞器中。这些结果揭示了植物中AAO基因功能的多样性,为研究它们在植物中的生物学功能提供一定参考。