伪应答调控蛋白在植物光周期调控途径中的作用

开花是植物由营养生长向生殖生长转变的重要过程,光周期是调控这一过程的关键环境因素之一。在高等植物开花的光周期途径中,生物钟处于关键位置,在调控植物开花中发挥重要作用,它能对输入信号进行振荡处理,并传递给下游基因,同时保持自身节律性,从而调控开花。伪应答调控蛋白(PRRs)作为生物钟中央振荡器的重要组成部分,主要作用是调控下游基因的表达,参与昼夜节律的调节。本文综述了PRRs家族的结构特征、表达规律、成员之间的调控关系及其在光周期调控网络中的作用,为进一步研究PRRs基因家族的分子功能及互作提供了一定的理论参考。     

翻译调节肿瘤蛋白(TCTP)与细胞生长调控

翻译调节肿瘤蛋白(translationally controlled tumor protein,TCTP)是一个在物种间高度保守、广谱表达和多功能的蛋白质,具有调节细胞骨架的动态变化和调节细胞的生长与增殖的作用；能够激活干细胞标记基因Oct4和Nanog的转录；调节细胞凋亡、肿瘤逆转、细胞分化、炎症反应和保护细胞免受多种应激的损伤等.本文综述了TCTP的结构、表达调控、生物学功能等研究进展.     

植物磷转运子 PHT1 家族研究进展

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素。植物 PHT1 磷转运蛋白家族在植物磷吸收、运转及再利用等过程中发挥了重要作用。迄今已在多种高等植物中相继分离出大量 PHT1 家族基因。本文综述了国内外关于植物 PHT1 家族的主要研究进展,详细阐述了植物 PHT1 家族的表达模式、功能及可能的调控途径。 主要进展植物 PHT1 家族属于 MFS (major facilitator superfamily) 超家族,不同物种 PHT1 家族蛋白的结构非常保守,通常具有 12 个亲脂跨膜结构域,形成“6 螺旋–亲水大环–6 螺旋”式的结构镶嵌于质膜当中。同时,该家族具有 H₂PO₄–/nH+ 共运子、糖转运子和 MFS 通用转运子等特征结构域和一段保守的氨基酸特征序列 GGDYPLSATIMSE。一般情况,植物 PHT1 家族基因吸收转运 1 个无机磷需要 2～4 个质子协同进入质膜,并伴随膜电位的变化。植物 PHT1 家族的磷转运特性差异较大,其动力学参数 Km 值差别较大。高等植物 PHT1 家族成员众多。在拟南芥、水稻、大豆、茄科植物及其他物种中的研究发现,PHT1 家族各成员间的时空表达模式存在差异,多数成员受低磷信号调控且主要在根部表达,少部分成员在除根以外的其他器官中表达,并行使相应的磷转运功能。已有研究表明,植物 PHT1 家族基因的转录水平受到多因素的调控,例如外界环境中的无机磷浓度,转录因子如 MYB 家族、WRKY 家族以及 ZAT6 等基因能与 PHT1 家族基因启动子区的特殊调控元件如 MYCS 元件、P1BS 元件及 W-box 元件等结合,调控基因的转录。此外,部分 PHT1 家族基因的转录水平受丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhizal fungi,AMF) 的调控。除了转录水平的调控,关于植物 PHT1 家族转录后水平的调控途径同样取得了较大进展。PHF1 基因、含 SPX 结构域的蛋白家族、MicroRNA、蛋白磷酸化与去磷酸化、染色质修饰及其他等一系列调控途径均参与到 PHT1 家族基因的转录后调控及信号转导。植物激素如生长素、乙烯和细胞分裂素等也参与这一调控过程。 建议与展望植物对磷吸收利用的分子调控机理及信号转导途径十分复杂,因此,培育磷高效利用基因型作物任重而道远。关于植物 PHT1 家族基因的研究已从模式植物向作物及其他高等植物中扩展,然而对该家族蛋白的生化及结构生物学等研究还待进一步深入。同时,对于一些基因组较复杂的多倍体物种如甘蓝型油菜、小麦、大麦及棉花等,仍有待开展进一步研究。     

茶树CsDREB-A2转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)类转录因子在植物逆境信号转导途径中具有重要的调控作用。为了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境胁迫的分子调控机理,本研究从茶树龙井43叶片的cDNA中克隆得到一个编码CsDREB-A2转录因子的基因;对CsDREB-A2基因及其编码蛋白序列特征进行分析,并利用实时荧光定量PCR法检测该基因在茶树不同非生物胁迫处理下的表达水平。结果表明,CsDREB-A2基因开放阅读框为1 056 bp,编码351个氨基酸,其编码氨基酸序列具有AP2保守结构域,包含典型的YRG元件和WLG基序。AP2结构域第14、第19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸。拟南芥AP2/ERF家族转录因子的进化分析表明,该转录因子属于DREB亚族的A2组。CsDREB-A2相对分子质量为39 080 Da,理论等电点为5.32,属于亲水性蛋白,主要由α-螺旋和随机卷曲组成,无序化特征明显且存在一个LM无序区域;可能定位于细胞核,不存在信号肽和跨膜结构,属于非分泌蛋白。CsDREB-A2基因在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下均能快速诱导表达,并显著高于对照,分别在处理4、2 h达到最大值,为对照的20.70和42.90倍,植物在渗透胁迫下,可能通过ABA信号途径调节该基因对干旱的耐受性。高盐(200 mmol·L^-1 NaCl)胁迫下CsDREB-A2基因的表达受抑制,推测其可能存在负调控结构域降低该基因在盐胁迫下的表达量。本试验结果为研究DREB类转录因子在茶树抗逆胁迫的分子调控机制提供了一定的理论参考。     

人GJB2分子进化与耳聋遗传效应的关联性分析

间隙连接蛋白β2（GJB2）基因突变与遗传性非综合征性耳聋密切相关,其广泛的突变类型及特异性的热点突变被认为是一种独特的致聋基因。本研究应用生物信息学方法对17个物种的GJB2蛋白进行了系统发育、保守性、跨膜区结构、三维结构和错义突变的分析,并结合已有报道的实验结果进行关联性分析。分析预测获得了166个固定的氨基酸位点、2个非保守区以及2个空间结构保守位点;关联性分析证实发生在保守位点的突变致病性高,非保守区突变的概率致病性小,跨膜区且改变氨基酸性质的突变,可能影响蛋白的空间结构而改变膜通道的通透性。本文为进一步研究GJB2基因突变与聋病的关联性及分子发病机制提供了理论依据,同时,这种研究思路对其它疾病的相关研究具有一定的借鉴价值。     

12个物种miR-302基因簇的生物信息学分析

很多microRNA（miRNA）基因在基因组上聚集排列形成miRNA基因簇。miRNA基因簇在进化上较为保守,有其特殊的生物学意义。miR-302基因簇在胚胎干细胞中特异表达,对胚胎干细胞的自我更新和多潜能维持有重要的作用。本文采用miRBase数据库查询和BLAST同源搜索方法共搜寻并分析了12个物种的miR-302基因簇。生物信息学分析表明,这些物种miR-302基因簇均位于LARP7蛋白基因的内含子区,但转录方向与LARP7基因转录方向相反。序列相似性分析显示,同一物种miR-302簇成员间以及不同物种相应miR-302簇成员间相似性均较高。进化分析表明,基因复制可能是miR-302基因簇进化的主要驱动力。     

南方型紫花苜蓿叶片响应盐胁迫蛋白质组和转录组关联分析

为了从基因和蛋白质水平上揭示南方型紫花苜蓿适应盐胁迫环境的分子机制,以南方型紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养和盐胁迫条件下的2个样品叶片进行转录组和蛋白质组关联分析。结果表明,定量蛋白和基因关联系数为0.2485;变化趋势相反差异蛋白和基因表达的关联系数为-0.2440;变化趋势相同差异蛋白质和基因表达的关联系数为0.8122。鉴定出109个与差异基因表达趋势相同的差异蛋白,其中77个上调,32个下调,这些差异蛋白功能涉及光合作用、抗氧化物、信号传递、翻译后修饰、翻译和分子伴侣、胁迫防御、能量产生与转运、代谢和其它未知功能蛋白等。下调表达的蛋白主要与光合作用相关,而上调表达的蛋白主要参与了抗氧化物、信号传递和胁迫防御等。此外,关联发现了与紫花苜蓿盐胁迫响应相关的III类过氧化物酶、铁蛋白、谷胱甘肽S-转移酶、磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C、LRR类受体激酶、ABA反应蛋白、钙联接蛋白2、液泡H+-ATP酶C亚基和NADP-苹果酸酶等差异蛋白。本研究通过高通量多组学数据的关联分析,发现一些可能作为紫花苜蓿耐盐潜在靶标蛋白(基因),这为深入认识紫花苜蓿盐胁迫的应答分子调控机制奠定了坚实的基础。     

丛枝菌根真菌AMF提高植物抗逆性的组学技术研究进展

【目的】丛枝菌根真菌(AMF)可以显著提高植物对逆境胁迫的抵抗能力,本文综述了国内外针对代表性组学技术(转录组学、蛋白质组学和代谢组学)在AMF提高植物抗逆领域(干旱、温度、盐碱、重金属)的研究进展,分析了在逆境胁迫下,植物–菌根共生体在分子层面上的应答调控机理,为深入理解AMF提高植物耐逆的分子机理提供一定的科学依据。【主要进展】植物主要通过根系与AMF建立共生关系,进而从土壤中吸收更多的水分和营养物质,提高植物对非生物胁迫的抵抗能力。菌根植物在转录、翻译以及表观遗传层面应答非生物胁迫。AMF在不同程度上上调或下调某些与非生物胁迫相关基因的转录或蛋白的翻译及降解,从而提高植物对非生物胁迫的抵抗能力,维持植物的生长发育,提高其对水分和营养物质的吸收和利用效率。通过转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析关键基因、蛋白及代谢物的变化,为深入挖掘AMF提高植物抗逆机理提供理论依据。【研究展望】揭示丛枝菌根共生体抗逆机理的组学技术研究仍处于起步阶段,单一组学的应用限制了信息表达的完整性和深层次网络调控机理的精确性。随着测序技术和手段在速度、精度等方面的提高以及生物信息学的更新发展,AMF提高植物抗...     

玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP84的克隆与功能验证

碱性亮氨酸拉链(Basic leucine zipper,bZIP)转录因子是真核生物中分布最广泛、结构极其保守的家族之一,在植物生长进程中发挥重要作用。为验证bZIP转录因子在逆境胁迫中发挥的作用,本研究通过分析转录组数据,筛选到27个参与干旱-复水胁迫的bZIP基因,计算相关性系数、构建共表达网络图发现ZmbZIP84(Zm00001d053988)是核心节点基因;该基因位于玉米第4号染色体,具有高度保守的bZIP结构域;分析理化性质,发现该基因是亲水性蛋白且属于不稳定蛋白;构建系统发育树,发现该基因与柳枝稷和高粱的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,ZmbZIP84在玉米各组织中均有表达,成熟根中的表达量最高;设置20%聚乙二醇(PEG)-6000、42℃高温、200 mmol·L^-1 NaCl以及缺乏铵态氮等模拟试验,发现该基因在高温、干旱、氮处理下表达量显著上调,而在NaCl处理下表达量下调,说明ZmbZIP84基因积极参与并响应非生物胁迫;利用CRISPR/Cas9技术获得ZmbZIP84基因的拟南芥同源基因缺失型纯合突变体,发...     

植物吸收铵态氮的分子生物学基础

植物对铵离子的吸收和铵离子在细胞间的转运是铵转运蛋白介导的需能主动运输过程。植物铵转运蛋白位于细胞膜上,含有101～1个跨膜域,分子量约为48.kD。研究表明,植物体内的铵转运蛋白由小基因家族成员编码,在表达特性上不同成员具有时空特异性。植物体内铵转运蛋白在功能、生化特性和转录调节水平上存在差异。在不同氮素水平下,铵转运蛋白基因通过转录和翻译调控,对于保持植株的适宜氮素供应以及氮胁迫条件下维持植物细胞中氮素的内稳态具有重要作用。     

DGGE法与常规培养法对稻田蓝细菌多态性分析结果比较

研究运用蓝细菌和硅藻16SrDNA特异引物,将晚季水稻生长后期稻田土壤中提取的总DNA进行PCR扩增后,以DGGE技术对PCR产物进行分析结果表明,14条DGGE带经克隆测序,经NCBI基因库比对得晚季水稻生长后期存在10种蓝细菌,包括4种Leptolyngbya、1种Chamaesiphon、1种Nostoc、1种Oscillatoria、2种Syne-chococcus和1种Chroococcidiopsis。同层不同位置土壤中蓝细菌种群亦有所不同,但每个取样点都有一些特有的蓝细菌种类。用常规方法对同一稻田土壤样品进行分离培养,根据蓝细菌鉴定图谱观察到类似Lyngbya、Oscillatori-a、Chroococcidiopsis及Nostoc的蓝细菌,但显微镜下无法准确分类。比较结果表明采用DGGE法比常规培养法能更准确进行蓝细菌多态性鉴定。     

高羊茅FeTOC1基因的克隆、差异表达及亚细胞定位分析

拟南芥TOC1基因是中央振荡器的重要组成部分,其编码的蛋白质TOC1通过光周期途径调控拟南芥对光照的响应.为了揭示高羊茅FeTOC1基因的生物学功能,本研究通过同源克隆获得该基因全长cDNA序列,对其在不同光照水平下的表达模式进行分析,并对其编码的蛋白质进行亚细胞定位.结果显示,高羊茅FeTOC1基因的全长cDNA序列...     

太湖南泉水域水体及水华蓝藻中常量元素Ca Na Mg K和Al的特征和变化

近年来以微囊藻为优势种的太湖蓝藻水华持续暴发,已经成为严重的环境问题之一。本文通过现场采样及室内分析,研究了2009年太湖南泉水域蓝藻发生过程中藻类群落组成的变化,并同步研究了蓝藻体内及其水环境中常量元素Ca、Na、Mg、K和Al元素浓度的周年变化,分析了三者之间可能的相关性。研究显示,太湖蓝藻发生时间为6—10月,期间水温保持在20℃以上,pH值在水华发生后期可升高至9.8;水体中元素浓度依次为Na〉Ca〉Mg〉K〉Al,而水华蓝藻中元素浓度依次为Ca〉K〉Mg〉Na〉Al;藻体对水体环境中元素的富集系数大小依次为Al〉K〉Mg〉Ca〉Na。研究结果既为选择最佳物理除藻时期来有效降低湖泊中常量元素的负荷量,从而进行水华控制提供了支撑,也为今后将富含元素的水华蓝藻作为＂生物矿源＂加以利用提供了理论依据。     

番茄LeNCED1基因5′-侧翼序列克隆及LeNCED1p:GUS融合基因构建

从番茄基因组中克隆LeNCED1基因5′-侧翼1456 bp调控序列,经生物信息学分析表明,LeNCED1基因上游调控序列中存在响应昼夜节律的顺式作用元件Circadian、光响应元件Box I、逆境胁迫响应元件(TC-rich repeats)、ABA响应元件ABRE等,构建了LeNCED1基因上游调控序列与报告基因GUS融合的植物双元表达载体pLeNCED1p:GUS。     

The Effect of Bioavailable Sedimentary Iron on the Growth of Cyanobacteria in Eutrophic Lakes

The objectives of this study were to investigate whether sedimentary iron can promote the growth of cyanobacteria and determine the effects of different forms of iron on cyanobacterial growth. In this study, we simulated cyanobacterial growth in a eutrophic freshwater lake under Fe-deficient conditions using three systems containing artificial lake water and algae (the WA system); artificial lake water and sediment (WS system); and artificial lake water, sediment and algae (the WSA system). Results demonstrate that Fe from sediments did facilitate cyanobacterial growth. Sequential Fe extractions revealed that the majority of sedimentary iron was in the form of reactive iron (80.63%). Furthermore, cellular iron from cyanobacteria and water-soluble Fe in sediments had a strong and significant negative correlation (??0.792, P?<?0.01), indicating that water-soluble Fe in sediments is the most important form of iron for influencing cyanobacterial growth. Further studies on water-soluble Fe mobility showed that up to 47.5% of the released water-soluble Fe could be absorbed into cyanobacterial cells, thereby indicating that water-soluble Fe is significant for cyanobacterial growth and serves as a critical Fe source when lake water iron is limited. In addition, the study found that easily reducible Fe oxide minerals have the largest release potential. These findings provide new insights that could improve management of cyanobacterial blooms.     

Mechanical damage of roots provides enhanced colonization of the wheat endorhizosphere by the dinitrogen-fixing cyanobacterium Nostoc sp. strain 2S9B

 When wheat (Triticum aestivum L.) seedlings are co-cultivated with Nostoc sp. strain 2S9B in hydroponics, the cyanobacterium colonizes the endorhizosphere at low frequency. Mild sonication of the roots dramatically increased the number of cyanobacteria within the root tissue. The cyanobacteria penetrated the roots in the form of motile filaments (hormogonia), and once inside, they divided and transformed into aseriate packages, which showed nitrogenase activity. Cyanobacteria were found in the intercellular spaces as well as inside the epidermal and cortex cells. By prolonging the sonication time the number of cyanobacterial packages inside the roots increased. However, after reaching a certain abundance the total cyanobacterial biomass within the roots did not change regardless of the sonication time. Besides sonication, other methods of root surface damage also brought about enhanced internal root colonization. Sonication of roots proved to be an efficient way of amplifying the internal root colonization by cyanobacteria and can be suggested as a method for creating a model system in non-legume plant-microbe studies. Received: 12 August 1999     

Effect of Integrated Nutrient Management on Rice Yield,Soil Nutrient Profile,and Cyanobacterial Nitrogenase Activity under Rice–Wheat Cropping System

We assessed the cyanobacterial inoculation, green manure (GM) application, and chemical nitrogen (N) fertilization on grain/straw yield, nutrient balance, and nitrogenase activity under individual and integrated nutrient management mode in a rice–wheat cropping sequence. Individual and integrated application of cyanobacterial biofertilizer (CB) and GM with chemical fertilizer improved the soil health and production of rice crop. Integration of cyanobacterial and green manure resulted in a savings of 50 kg N ha^?1. Functional relationships (R2, –83.5 to 95.7%) between the different sources of nutrients revealed that the maximum positive contribution of cyanobacteria was on final available N (45.2%) and available phosphorus (P, 18.5%). Green manure had the greatest contribution to total N, total P, zinc, iron, and manganese (Mn). However, cyanobacteria had a negative relationship with Mn and sodium (Na, –30.19%). A negative relationship with Na indicates the possibility of using cyanobacteria as an ameliorating agent for salt-affected soil.     

Rice yield nutrient uptake as affected by cyanobacteria soil amendments—a pot experiment

Rice production and cyanobacterial N in acid soil can be improved by liming. There is evidence that the organic amendments can increase the soil pH. The aim of this study was to find appropriate combination of soil amendments and cyanobacteria capable for enhancing nutrient uptake and improving rice yield in acidic paddy soil. Three soil amendments (rice straw, sewage‐sludge composts, NPK) with and without inoculation of cyanobacteria were studied for rice plants (Oryza sativa L.) in a pot experiment. The sludge compost had significantly reduced soil acidity from 5.44 to 6.67. The plant N and K uptake increased significantly with sludge and cyanobacteria application. The yield components increased significantly with sludge, but decreased thereafter, an exception was the number of panicles, with straw compost. These characters were also significantly affected by inoculation with cyanobacteria except 100‐grain weight, filled‐grain percentage, and harvest index. The combination of sludge compost and cyanobacteria improved the yield components and consequently grain yield (138 g pot^–1) compared with sludge treatment only (132 g pot^–1). The amount of cyanobacterial N absorbed (N‐difference method) by rice plant under sludge compost was higher than that of soils amended with either rice straw or NPK treatments. Therefore, the addition of sewage sludge to acid paddy soil not only amended the soil properties but also activated the cyanobacteria and consequently improved rice plant nutrition and grain yield.     

富营养化浅水湖泊蓝藻的种群结构和多样性研究

比较研究不同富营养化浅水湖泊中蓝藻种群结构和多样性,对于认识蓝藻水华的区域分布特征具有重要的生态和环境意义。于2009年7月在富营养化严重的滇池、巢湖和太湖各选取4个采样点,采用16S-23SrRNA基因间隔区（Internaltranscribedspacer,ITS）序列作为生物标记,通过末端限制性片段长度多态性技术（Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP）分析蓝藻种群结构和多样性。实验共得到36个不同的末端限制性酶切片段（Terminal restriction fragment,T-RF）,反映3个湖泊中蓝藻种群具有丰富的基因多样性。T-RFLP聚类分析结果表明,在所研究的湖泊中蓝藻种群结构存在空间差异性,其中滇池和巢湖间蓝藻种群结构更为相似。环境因子与蓝藻种群的多元统计分析表明,正磷酸盐（POa-P）和pH与附着细菌样品蓝藻种群结构动态变化具有显著的相关性（P〈0．05）,电导率（Conductivity）和总有机碳（TOC）与浮游细菌样品蓝藻种群结构动态变化具有显著的相关性（P〈0．05）。因此,不同湖泊蓝藻水华的基因型和驱动因子存在差异。     

Soil invertebrate activity in biological crusts on tropical inselbergs

Granite inselbergs protrude from forest and savanna in the tropics. They are exposed to harsh climates (alternation of heavy rain and severe drought) and provide little nutrient for plants. Soil animals and humus components were investigated in cyanobacterial crusts close to patches of epilithic vegetation on the surface of the Nouragues inselberg (French Guiana). Three biological crust samples, corresponding to bromeliacean carpets of increasing size (supposed of increasing age), were sampled for faunal and micromorphological studies. Arthropods (mainly mites and insects) were abundant and highly diversified, the more so after enchytraeid worms ate and transformed the cyanobacterial mass. Below the superficial cyanobacterial crust, humus was made of a loose assemblage of enchytraeid faeces where these animals were present, or of a compact assemblage of cyanobacteria and amorphous organic matter where mites were the dominant animal group. Roots abounded in the humified part of the crust. We conclude that soil invertebrates, in particular enchytraeid worms, are important for the accumulation of organic matter on granite outcrops, and so therefore for the encroachment of plant succession.