叶绿体硫氧还蛋白调控谷氨酸-1-半醛氨基转移酶氧化还原状态的研究

5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,ALA)是四吡咯化合物合成的前体分子,它以谷氨酰-tRNA为底物经过一个两步反应形成,分别由谷氨酰-tRNA还原酶(glutamyl-tRNA reductase,GLTR)与谷氨酸-1-半醛氨基转移酶(Glutamate-1-semialdehyde aminotransferase,GSAAT)催化。GSAAT作为调控ALA合成的酶之一,对四吡咯化合物的合成起着至关重要的作用。硫氧还蛋白是一类小分子量的氧化还原蛋白(大约12kD)。它们介导其靶蛋白中半胱氨酸的二硫键与巯基之间的转变从而调控其靶蛋白的功能和稳定性。酵母双杂交试验结果显示,GSAAT与叶绿体硫氧还蛋白F(Thioredoxin-F)发生相互作用。利用VIGS技术沉默豌豆叶片中的叶绿体硫氧还蛋白基因,借助Western Blotting分析体内GSAAT的氧化还原状态,发现叶绿体硫氧还蛋白基因的沉默影响了GSAAT的氧化还原状态。     

氧化型辅酶NAD~+及布氏杆菌SahH活性位点对SahH催化活性的影响

[目的]本文旨在鉴定影响布氏杆菌S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(S-adenosylhomocysteine hydrolase,SahH)催化S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosylhomocysteine,SAH)产生同型半胱氨酸(homocysteine,HCY)的催化活性位点。[方法]将表达载体pET28a-Bru-sahH转化大肠杆菌BL21中,表达、纯化布氏杆菌SahH(Bru-SahH)蛋白,分析辅酶NAD~+、磷酸化修饰及活性位点对Bru-SahH催化活性的影响。[结果]添加NAD~+后,Bru-SahH的催化活性降低85.6%;对Bru-SahH质谱分析表明,其444位丝氨酸为可能的磷酸化位点,对该位点突变后Bru-SahH催化SAH形成HCY的活性降低85.5%;生物信息学分析表明,Bru-SahH的337位和338位氨基酸为其活性位点,分别对上述2个位点进行单突变和双突变,突变后的Bru-SahH催化活性降低90.8%以上。[结论]Bru-SahH的337、338和444位氨基酸是其催化活性位点,添加外源性NAD~+可抑制其催化活性。     

柱穗山羊草类燕麦储藏蛋白基因克隆和序列分析

从小麦近缘植物柱穗山羊草中克隆得到一个特殊的类燕麦储藏蛋白(Avenin-like protein)基因。其编码区比已知的类燕麦储藏蛋白编码基因长200 bp左右,是迄今发现的最大的类燕麦储藏蛋白,将其命名为AL-Y127。通过与已知的类燕麦储藏蛋白基因比较后发现,该蛋白家族在信号肽、N末端和C末端具有很高的保守性,而在重复区中则具有较大的序列差异。AL-Y127中有26个半胱氨酸残基,远多于已知的avenin-like蛋白中的半胱氨酸残基数目,这些半胱氨酸残基可能会参与形成更多的二硫键,有利于提高面粉的加工品质。     

半滑舌鳎体色白化相关突变位点的鉴定

对体色相关通路基因的9个错义突变位点进行测序调查,在体色黑化、体色白化和体色正常的半滑舌鳎小样本群体中发现3个突变位点与体色白化存在显著性相关,进一步通过扩大样本验证,显示B型内皮素受体第160位的C/T位点(ertB-160-C/T)与体色白化呈极显著性相关,酪氨酸酶第473的G/A位点(tyr-473-G/A)和花生四烯酸5-脂氧合酶的第1 178位的C/T位点(alox5-1178-C/T)与体色白化呈显著性相关。这3个突变位点分别位于蛋白Periplasmic＿Binding＿Protein＿type1、Tyosinase C-terminal和Lipoxygenase结构域。qRT-PCR检测表明：ertB在白化半滑舌鳎中有眼侧正常和白化皮肤表达没有显著差异,而在无眼侧皮肤的表达显著高于有眼侧皮肤;在白化半滑舌鳎中tyr在有眼侧正常和白化皮肤的表达水平均显著高于无眼侧;白化半滑舌鳎中无眼侧alox5的表达水平均显著高于有眼侧,有眼侧白化区alox5的表达水平明显高于有眼侧正常皮肤。这些与半滑舌鳎养殖群体体色白化相关的突变位点可为今后半滑舌鳎的体色选育提供分子基础。     

黄沙鳖β-防御素基因克隆及其表达分析

[目的]明确β-防御素在黄沙鳖先天免疫中的潜在作用,为开展黄沙鳖绿色病害防治及促进其养殖业健康发展打下基础.[方法]运用RACE克隆黄沙鳖β-防御素基因(Hs-BD1)cDNA序列,采用SignalP-5.0、PredictProtein、PSIPRED、Robetta和Clustal X等在线软件进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR检测Hs-BD1基因在黄沙鳖不同组织中的表达特征及细菌感染前后的表达变化.[结果]Hs-BD1基因cDNA序列全长493 bp,包括72 bp的5'非编码区(5'-UTR)、201 bp的开放阅读框(ORF)及220 bp的3'非编码区(3'-UTR).Hs-BD1基因编码66个氨基酸残基,包括22个氨基酸残基组成的信号肽区、3个氨基酸残基组成的前肽区和41个氨基酸组成的成熟肽区.其中,成熟肽区具有6个保守的半胱氨酸残基(31Cys、58Cys、38Cys、52Cys、42Cys和59Cys)及位于C1和C2间的甘氨酸残基(Gly),即Hs-BD1基因属于β-防御素家族.Hs-BD1氨基酸序列与中华鳖β-防御素16的相似性最高(93.9%),基于β-防御素序列相似性构建的系统发育进化树也显示黄沙鳖与中华鳖和西部锦龟聚为一支,其亲缘关系相对较近.6个保守的半胱氨酸残基分别以C1-C5、C2-C4和C3-C6的连接方式形成3个二硫键;Hs-BD1成熟蛋白三级结构是由α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲组成.Hs-BD1基因在黄沙鳖肝脏、脾脏、肺脏和肾脏中的相对表达量较高,在心脏、肠道、肌肉、脑组织和表皮中的相对表达量均较低;以温和气单胞菌攻毒后,Hs-BD1基因在黄沙鳖脾脏中的相对表达量呈上升—下降—上升—下降的变化趋势,在攻毒后第3和36 h共出现2个表达峰值,对应的相对表达量分别是攻毒前(0 h)的20.8和10.6倍,差异均极显著(P<0.01).[结论]Hs-BD1基因在黄沙鳖的多个组织中均有表达,尤其在肝脏、脾脏、肺脏和肾脏中的相对表达量较高,且可被温和气单胞菌感染诱导表达,说明Hs-BD1基因在黄沙鳖抵抗病原感染的过程中发挥调控作用.     

二硫键和Ca~(2+)结合残基对重组酱油曲霉碱性蛋白酶的影响

以PDB code:3f7o.1.A蛋白酶作为模板对酱油曲霉碱性蛋白酶(Alkaline protease, Ap)进行同源建模,对模拟的Ap结构分析可知,Ap中无二硫键,结合了1个Ca~(2+).分别对预测的Ap二硫键和Ca~(2+)结合残基进行突变,获得增加二硫键的Y34C-R123C、L178C-T252C、Y34C-R123C/L178C-T252C和Ca~(2+)结合位点的T179G、D200G、T179G-D200G共6个突变.分别将这些突变基因电转至毕赤酵母KM71中,获得重组菌株;对重组菌株诱导表达,分离纯化突变型Ap,并对其稳定性进行分析.结果表明,Y34C-R123C突变型、L178C-T252C突变型与野生型Ap的表达量差异不显著;在40℃以下,Y34C-R123C突变型比野生型Ap具有更强的热稳定性;T179、D200被突变为甘氨酸后,不利于Ap正确折叠,不能成功表达.     

植物硫氧还蛋白研究进展

硫氧还蛋白是一类广泛存在于生物体内的多功能酸性蛋白,具有保守的活性中心,通过还原靶蛋白中的二硫键而参与细胞的许多生化反应。本文主要对植物硫氧还蛋白的种类、硫氧还蛋白还原酶、靶蛋白以及其功能进行了综述。     

296位氨基酸位阻效应影响黄花蒿没药醇合酶环化反应的起始

【目的】探究黄花蒿没药醇合酶第296位氨基酸突变抑制环化反应的机制。【方法】利用Quik Change?Multi Site-Directed Mutagenesis的方法将黄花蒿没药醇合酶的296位氨基酸残基由苏氨酸突变成异亮氨酸。原核表达,蛋白纯化后测定其催化特异性。【结果】黄花蒿没药醇合酶T296I体外催化(2E,6E)-法尼基焦磷酸主产物为非环化的法尼烯;但是将T296I蛋白与中间体(3R,6E)-橙花叔醇焦磷酸一起孵育时可生成环化的主产物α-bisabolol,野生型酶的天然产物。【结论】黄花蒿没药醇合酶T296I点突变进一步证明氨基酸残基的空间体积和立体化学是自然环化反应起始的控制关键,其位阻效应能够抑制法尼基焦磷酸向橙花叔醇焦磷酸转化。     

人泛素结合酶UbcH5c活性突变体的构建·纯化以及催化活性研究

[目的]构建人泛素结合酶UbcH5c的活性位点突变体S22R和F62A,同时分析这2种突变体蛋白与野生型蛋白在泛素化反应中的活性差异。[方法]通过点突变(Site-Directed Mutagenesis)的方法构建2种突变体质粒,利用0.5 mmol/L IPTG分别诱导2种突变体蛋白在大肠杆菌中进行表达;将菌体超声破碎后,依次利用阳离子交换层析法对UbcH5c突变蛋白进行分离纯化,最后利用体外泛素化酶促反应结合蛋白免疫印迹杂交的方法分析野生型UbcH5c与其活性突变体UbcH5c S22R和UbcH5c F62A在泛素化修饰上的差异。[结果]人泛素结合酶UbcH5c的2个突变体蛋白S22R、F62A的泛素化修饰程度明显弱于野生型蛋白。[结论]突变体S22R和F62A突变均不同程度的改变了人泛素结合酶UbcH5c与泛素分子之间的结合活性,即2个突变的位点中第62位苯丙氨酸残基及第22位丝氨酸残基均是UbcH5c结合泛素的关键位点,而且后者对于UbcH5c结合泛素活性的影响更大。     

普通小麦中α-醇溶蛋白基因(GQ891685)的克隆、表达及品质效应鉴定

【目的】利用E.coli体外大量高效表达带有1个额外半胱氨酸残基的α-醇溶蛋白,经Ni+-NTA柱纯化获得目标蛋白,通过氧化-还原反应将其整合到基础面粉中,利用粉质仪研究其对面团流变学特性的影响,以确定该基因表达产物的加工品质效应。【方法】根据α-醇溶蛋白基因编码区保守序列设计引物,从小麦品种陕253中克隆到1条含α-醇溶蛋白基因编码区的目的片段,长度为1243bp(GenBank登录号GQ891685),构建了该基因的原核表达载体pET32a-S253-Agli,在大肠杆菌E.coliBL21(DE3)中经IPTG诱导表达,对表达的蛋白进行亲和层析及低温冷冻干燥回收、纯化,通过微量掺粉试验,在4g粉质仪上测定其对面团流变学特性的影响。【结果】该基因片段包含900bp的完整编码序列及部分5′-调控元件;Uniq domainⅡ区第6位氨基酸密码子C→G的转换,导致丝氨酸Ser→半胱氨酸Cys的变化,这1额外的半胱氨酸将有可能参与形成1个分子间二硫键;用IPTG诱导表达,经SDS-PAGE及Western blotting检测,证实融合蛋白表达成功并主要以包涵体形式存在;粉质结果表明,添加S253-Agli蛋白虽然能够增加面团的带宽及机械耐力系数,却因显著缩短面团稳定时间及形成时间而对面团的粉质参数产生了总体的负面效应。【结论】具有1个额外半胱氨酸残基的α-醇溶蛋白GQ891685增强了面筋弹性,但降低了面筋强度。     

香蕉基因组密码子使用偏好性分析

[目的]分析香蕉基因组的密码子组成及使用偏好性,探讨影响密码子偏好性形成的主要因素,为提高香蕉外源基因的表达水平及转基因抗病育种提供参考.[方法]以香蕉基因组的36242条高置信蛋白编码基因CDS序列为研究对象,运用CodonW 1.4.4统计分析香蕉基因组的密码子组成及使用参数,确定最优密码子,并分析密码子使用参数间相关性.[结果]从香蕉基因组数据中筛选获得36242个高置信蛋白编码基因CDS序列,平均长度为1035 bp,GC含量为3.0%~75.8%,其中低于20.0%的仅13个序列,全基因组中GC总含量为50.4%;同义密码子第3位出现G或C的频率为52.9%,比出现A或T的频率高.香蕉基因组的有效密码子数(ENC)介于20.0~61.0,平均为50.7;共有17个最优密码子,其中有15个密码子的第3位是G或C;基因编码区的长度和ENC存在正相关,随着基因编码区长度的增加,对以G或C结尾的密码子使用偏好性逐渐降低,且编码区长度为400~600 bp的基因具有较高的基因表达水平.[结论]香蕉基因组中多数基因的密码子使用偏好性较弱,但少部分基因具有强偏好性,偏好使用以G或C结尾的密码子,且偏好性受核苷酸组成、基因突变及自然选择等因素的影响.     

桑树WRKY转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

[目的]明确桑树基因组中WRKY转录因子家族结构及其功能特征,为进一步揭示WRKY转录因子家族生物学功能提供科学依据.[方法]利用生物信息学方法对桑树WRKY转录因子的数目、类型、结构、系统进化关系、保守结构域和密码子使用偏性等进行全面分析.[结果]基于桑树全基因组蛋白数据库,共鉴定出55个桑树WRKY转录因子家族基因,占桑树基因总数(29261)的1.88%.桑树WRKY转录因子存在6种内含子数量类型及15种内含子相位类型,其中27个基因含有2个内含子,25个基因的相位类型为2-2型.保守结构域系统进化分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ),Ⅰ类可分为ⅠN和ⅠC两个亚组,Ⅱ类根据聚类情况又可分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe等5个亚组.桑树WRKY转录因子蛋白保守结构域分析发现有五类Motif的保守性较强,桑树WRKY转录因子蛋白中均包含C端Motif l,Ⅰ类蛋白同时含有N端Motif 3.桑树WRKY转录因子家族基因启动子区富含PBF(C2H2锌指因子)和AHL(拟南芥hook因子)元件.密码子使用偏性分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族基因的有效密码子数(ENC)介于48.00~60.00,密码子第3位GC含量(GC3s)介于0.330~0.722,平均亲水性值(Gravy)均为负值;同义密码子相对使用度(RSCU)>1.000的密码子有29个,且以A(6个)或T(11个)结尾较G(4个)或C(8个)结尾的略多.[结论]桑树WRKY转录因子家族包含55个成员,内含子相位类型一致的同组成员可能来源于同一祖先基因,且与基因复制和基因组重排有关;蛋白序列高度保守,在植物抵御环境胁迫过程中发挥作用;基因密码子使用偏性较弱,主要受碱基突变选择压力影响.     

绵羊KAP6.1基因的遗传多态性分析

KAP6.1基因属于角蛋白家族,羊毛纤维的复杂结构主要由角蛋白组成,这些蛋白对于羊毛纤维的机械性能和主要构造起主要作用。本研究以693只中国美利奴羊(新疆军垦型)为实验材料,采用PCR技术、SSCP技术和克隆测序的方法分析KAP6.1基因的多态性。结果表明:KAP6.1基因存在C159T碱基突变和57 bp的插入/缺失,其中,C159T位点存在3种基因型,分别为AA,BB和AB型,基因型频率依次为0.3694,0.4574,0.1732,等位基因A频率为0.4560,等位基因B频率为0.5440。57 bp的插入/缺失位点存在2种基因型AA型(303 bp)和AB型(303 bp/246 bp),基因型型频率依次为0.9292和0.0707,等位基因A频率为0.9646,等位基因B频率为0.0354,实验证明KAP6.1基因能够作为优质细毛羊毛性状的候选基因进行研究。     

水稻窄叶突变体nrl2新等位基因的鉴定与功能分析

以籼型两系不育系Y58S的窄叶突变体nrl2(1)为试验材料，对nrl2(1)突变体材料进行表型、组织学分析，发现该突变体主要表现为叶片变窄且卷曲，维管束发育异常，大、小叶脉数显著减少；遗传分析结果表明，该窄叶表型受1对隐性核基因控制；通过基因精细定位，发现NRL2(1)定位在第3染色体46 000 bp区间内；图位克隆及候选基因验证结果表明该基因是NRL2的等位基因；测序比对结果显示，突变体的第17个外显子由碱基C变为T，对应的氨基酸由谷氨酰胺变为终止密码子，造成翻译提前终止。以nrl2(1)为亲本材料，选育两系不育系，预期可选育出叶片较窄、株型紧凑、分蘖多的新型两系不育系。     

空肠弯曲菌flaA基因序列及功能预测分析

[目的]对空肠弯曲菌空肠弯曲菌flaA基因的序列及功能进行预测分析。[方法]分析了多个空肠弯曲菌flaA核酸及氨基酸序列组成和序列差异性;预测分析了flaA基因密码子使用偏好性、蛋白结构和功能域、Fla A与相关功能蛋白的互作情况。[结果]不同菌株的flaA基因序列存在差异性,且差异主要存在于序列的中间区域。不同空肠弯曲菌菌株的同一基因在密码子选择上存在差异。Fla A与多个蛋白存在不同形式的相互作用。[结论]该研究可为空肠弯曲菌flaA基因序列分析和功能研究应用提供基础和依据。     

茶树脂肪氧合酶(LOX)基因家族成员的分子进化及密码子偏好性分析

脂肪氧合酶(lipoxygenase,LOX,EC 1.13.11.12)是一类含有铁离子的血红素双加氧酶,专一催化多元不饱和脂肪酸加氧反应。基于茶树基因组数据,对筛选获得的12个LOX基因家族成员的分子特性、进化规律及密码子偏好性进行分析归纳。理化性质检测结果表明,茶树LOX家族成员中以Cs LOX6的开放阅读框(open reading frame,ORFs)最长(2 778 bp),编码925个氨基酸,蛋白分子量为104.5 k Da。通过氨基酸序列同源比对,构建茶树LOX基因家族成员与26个物种(均系双子叶植物纲)的37个LOX基因的系统发育进化树,结果发现,茶树LOX基因家族成员可被分为9-LOX亚族(5个)、13-LOX TypeⅠ亚类(5个)及13-LOX TypeⅡ亚类(2个),但13-LOX TypeⅡ亚类中的Cs LOX5基因,并不具有转运肽(transit peptide)前导序列。对茶树基因组LOX家族成员基因密码子相对偏好使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)及偏好性参数进行分析,结果表明:茶树LOX基因家族成员存在着4个密码子在编码基因上被高频率选用,9个密码子被低频率选用;茶树LOX基因家族成员的密码子选用偏好性普遍较弱,并偏好以A/T作为结尾。此外,以最近邻元素法(Neighbor-Joining,NJ)对密码子RSCU值进行聚类分析,结果发现,RSCU值的聚类与以编码序列(coding sequences,CDS)构建的系统发育进化树之间,在Cs LOX10基因的聚类上存在差异。     

螯虾次目功能基因密码子偏好性研究

以螯虾次目功能基因组中的208个蛋白质编码基因序列为数据来源,应用CodonW　14软件对螯虾次目功能基因中密码子组成、同义密码子使用频率、密码子3个位置的G+C含量、有效密码子数等进行分析。结果显示,螯虾次目密码子第三位的G+C含量明显高于第一/二位,表现出对以G或C碱基结尾的密码子的偏好性使用,并确定了9个螯虾次目最优密码子。上述研究结果为今后螯虾次目新基因的发现、功能基因表达调控研究、蛋白质结构和功能预测、以及与其他虾类的比较基因组学研究、螯虾分子标记育种等提供了理论基础。     

法螺线粒体全基因组密码子偏好性分析

【目的】分析法螺（Charonia tritonis）线粒体基因组密码子偏好性,探究基因突变和自然选择对密码子偏好性的影响,为法螺属动物类群的系统发育树构建及种质资源保护与遗传改良提供参考依据。【方法】以法螺线粒体全基因组序列为材料,选择以ATG为起始密码子的非重复且长度大于300 bp的11个CDS（Coding D...     

水稻黄绿叶突变体ygl13的鉴定及候选基因分析

【目的】对水稻黄绿叶突变体ygl13 (yellow-green leaf 13 )进行表型鉴定和候选基因检测,以便了解水稻叶色形成和调控的分子机制。【方法】经甲基磺酸乙酯（EMS）诱变籼稻恢复系缙恢10号（Jinhui 10）,从中筛选出1份遗传稳定的黄绿叶突变体命名为ygl13,对突变体的表型进行系统观察,调查其成熟期的主要农艺性状,分别测定野生型和突变体苗期和孕穗期的叶片光合色素含量,同时利用透射电镜观察野生型和突变体ygl13的叶肉细胞及叶绿体结构。将表型正常的不育系西农1A与突变体ygl13杂交,根据F₁和F₂群体的性状表现与分离情况,分析该突变性状的遗传行为,并以F₂作为基因定位群体,对突变体ygl13进行候选基因遴选和突变位点测序验证。【结果】突变体ygl13的植株叶片在整个生育期均呈现黄绿色,与野生型缙恢10号相比,突变体ygl13苗期和孕穗期叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,突变体ygl13叶绿体结构异常,基质片层减少退化,类囊体片层减少,不规则的散乱分布。农艺性状调查结果表明,突变体ygl13穗总粒数增加了26.06%,株高和结实率分别降低了12.33%和18.82%,但穗长、有效穗、穗实粒数和千粒重无显著差异。F₂群体正常叶色的植株数与黄绿叶植株数分离比经χ²测验符合3﹕1分离比例（χ²=2.35＜χ²_0.05=3.84）,表明ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制。YGL13被定位于第8染色体短臂InDel标记ID43和ID69之间,遗传距离分别为4.0和0.5 cM,区间物理距离约为318 kb,共有52个基因。经测序比对分析发现,ygl13突变体在OsSIG1编码区的第1 005个碱基G突变为碱基A（位于第三外显子）,造成编码色氨酸（Trp或W）的密码子突变为终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,则该基因编码520个氨基酸的蛋白质突变为334个氨基酸的截短蛋白。qRT-PCR结果表明,突变体ygl13部分光合色素代谢途径和光系统相关基因表达紊乱。【结论】水稻突变体ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制,该基因与已报道的水稻质体σ因子OsSIG1为等位基因。