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。     

彩色棉多药和有毒化合物输出蛋白MATE家族基因的鉴定及表达分析

植物多药和有毒化合物输出家族(multidrug and toxic compound extrusion, MATE)是一类可转运阳离子染料、氨基葡糖、多种抗生素与药物等次生代谢产物的转运蛋白家族。本研究利用生物信息学手段从陆地棉基因组数据库中鉴定了MATE家族基因, 并从基因的系统进化关系、染色体分布、基因结构和表达模式等方面对该基因家族特征进行了比较分析。共鉴定出91个陆地棉MATE基因, 命名为GhMATE1~GhMATE91。陆地棉MATE蛋白与拟南芥MATE蛋白均可分为A、B、C、D、E、F和G 7个亚家族, 其中84个GhMATE蛋白具有12个典型的跨膜结构域。染色体定位显示, GhMATE家族成员定位在不同的25条染色体上, 共形成5个基因簇。qRT-PCR分析发现, GhMATE家族基因在棉花各组织中均有表达, 但表达模式各不相同, 其中GhMATE13和GhMATE23在棕色棉纤维中的表达量明显高于在白色棉中, 表明它们可能与棕色棉纤维的颜色形成相关。本研究为进一步解析棉花MATE家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

甘蓝型油菜PIN家族基因的鉴定与生物信息学分析

PIN家族基因是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件, PIN基因编码生长素输出蛋白, 介导生长素在植物体的运输, 然而在基因组较复杂的甘蓝型油菜中缺乏系统研究。本研究运用生物信息学方法在甘蓝型油菜全基因组数据库筛选甘蓝型油菜PIN家族基因, 对鉴定出的29个BnPINs基因开展拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、PIN蛋白二级结构及三级结构预测等研究, 结合高通量转录组测序进行低氮胁迫下的转录水平分析。结果表明, 甘蓝型油菜PIN家族基因拷贝数明显多于拟南芥、甘蓝和白菜所具有的PIN家族基因数量; BnPINs蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白, 含有保守的N末端结构域, 二级结构与拟南芥PIN蛋白相似; 系统进化选择能力分析表明, BnPINs基因与甘蓝和白菜PIN家族基因进化关系相近。转录组测序表明, BnPIN1s、BnPIN2s、BnPIN3s基因主要在甘蓝型油菜根部表达且受长期低氮(72 h)诱导, BnPIN6s和BnPIN8s基因主要在地上部表达, 低氮会抑制BnPIN6s表达。本研究结果为进一步研究甘蓝型油菜PIN家族基因生物学功能尤其是在响应低氮胁迫中的功能奠定基础, 为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。     

水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族研究进展

磷是高等植物生长发育所必需的大量元素之一,现有的研究表明植物磷酸盐转运蛋白介导了植物体内磷的吸收及转运。在低磷胁迫下,植物主要利用高亲和力磷吸收系统通过表皮细胞质膜从根围吸收磷元素。目前绝大部分克隆出来的磷酸盐转运蛋白基因都属于高亲和力的Pht1家族。概述了近年来水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族基因的表达调控机理和生物学特征,并对进一步研究做了展望。     

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HKT转运蛋白研究进展

HKT（high—affinity K^＋ transporter）转运蛋白即高亲和K^＋转运载体,是与植物耐盐胁迫有关的一类Na^＋或艮转运体或Na^＋-K^＋共转运体。根据HKT类蛋白的结构及具体功能的不同该家族可以分成两个亚家族,亚家族1最重要的功能区域所含氨基酸为丝氨酸,是Na^＋特异性载体,而亚家族2在该点则是甘氨酸,是Na^＋-K^＋的协同运输体或Na^＋-K^＋的单一转运体。具体到不同基因,不同植物,以及不同环境条件下HKT的具体作用不尽相同。本文综述了近年来国内外对HKT类蛋白的研究成果与进展,涉及到HKT家族的命名,亚家族的分类,HKT家族各个基因同源性以及其表达部位等。对HKT的深入研究对提高作物K^＋的利用效率,减少盐渍危害,具有十分重要的意义。     

植物糖转运蛋白研究进展

糖转运蛋白主要介导糖的运输,C源在库中的分配以及应答环境中的信号因子等。高等植物中主要有两种糖转运蛋白,单糖转运蛋白和多糖转运蛋白,它们在植物光合产物的分配和糖分的长距离运输中起重要的作用。所有的糖转运蛋白都是跨膜蛋白,具有12个跨膜区的拓扑结构,它们可以跨细胞膜、液泡膜、线粒体膜等质体膜。糖转运蛋白在植物体内广泛分布,在叶脉、根、种子、果实、胚以及花粉中均有,亚细胞定位表明蛋白定位在细胞膜、液泡膜、高尔基体等细胞器。本文综述植物中的糖转运蛋白的结构、功能、组成以及生物学特性,为更好的研究和理解它们提供参考。     

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.     

生菜WOX基因家族的鉴定与分析

WOX转录因子是植物特异性转录因子。已有研究表明,WOX家族成员在植物生长发育和非生物胁迫响应中起着重要作用,但在生菜(Lactuca sativa L.)中,WOX基因家族的生物学功能研究还很少。本研究在生菜中鉴定到14个可能的LsaWOX基因,分析了他们的基因结构、蛋白保守基序、三级结构、染色体定位和顺式作用元件等,并将其划分为三个主要分支(如远古支系,中间支系和WUS支系)。本研究对生菜中WOX家族成员进行了鉴定和初步分析,为进一步研究生菜中WOX基因家族的生物学功能提供理论依据。     

转录因子BvM14-Dof3.4响应盐胁迫的功能研究

Dof(DNA binding with one finger)家族转录因子是植物特异的转录因子,在胁迫响应、种子发芽、氮同化、光合作用等多种生物学过程中发挥着重要作用。为了探究转录因子BvM14-Dof3.4在响应盐胁迫过程中的生物学功能,本研究以具有强耐盐特性的甜菜M14品系为试验材料,用花序浸染法将BvM14-Dof3.4基因在野生型拟南芥植株中异源表达,经150 mmol/L NaCl处理后发现,BvM14-Dof3.4基因的异源表达促进了盐胁迫下转基因拟南芥植株根的生长,提高了异源表达植株的鲜重和干重,与野生型拟南芥相比异源表达植株中K⁺/Na⁺比值增加1.3倍、甜菜碱含量增加1.1倍以及SOD和POD的酶活性分别上调1.3和1.2倍,从而减少了盐胁迫对异源表达拟南芥植株的损伤。这些结果表明了BvM14-Dof3.4基因响应盐胁迫,并且BvM14-Dof3.4基因的异源表达能够提高拟南芥植株的耐盐能力,该结果对甜菜M14品系优质基因资源的挖掘以及开展栽培甜菜抗逆性的遗传改良工作具有重要意义。     

小麦脱落酸受体基因TaPYR1介导植株抵御干旱逆境功能研究

脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCAR通过与渗透胁迫诱导的ABA结合,参与植株体内ABA介导的信号转导过程,在调控植株干旱逆境抵御过程中具有重要的生物学功能。本文研究了鉴定的1个干旱响应的PYR家族成员TaPYR1的分子特征、应答干旱表达模式及其介导植株抵御干旱逆境的功能。结果表明,TaPYR1与植物种属中部分PYR基因在氨基酸序列水平上高度同源,编码蛋白含有PYR家族成员保守结构域,翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。TaPYR1基因在小麦根、叶中均呈明显的干旱诱导表达模式,在干旱胁迫48 h表达量达到峰值。与野生型对照(WT)相比,超表达TaPYR1烟草转化株系,干旱处理下植株长势增强,干鲜重增加。干旱处理下,转化株系较对照的光合能力增强,细胞保护酶活性提高,渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量增加。研究表明, TaPYR1通过在转录水平上应答干旱逆境,改善干旱胁迫下的植株相关生理过程,在增强植株抵御干旱逆境能力中发挥重要作用。     

转录因子BvM14-GAI耐盐功能研究

转录因子在植物应答逆境胁迫过程中发挥着重要作用,GAI蛋白是植物转录因子家族的重要一员,对其研究主要集中在光响应机制领域,而该蛋白响应耐盐机制研究报道较少。实验室前期已经获得甜菜 M14品系盐胁迫转录组中上调表达基因BvM14-GAI的cDNA全长,本研究试图阐明该基因参与盐胁迫的功能。通过构建该基因植物表达载体,利用农杆菌介导花序浸染法转化拟南芥野生型和GAI基因突变株,检测150 mmol/L NaCl胁迫下异源表达和异源互补拟南芥植株的表型和生理生化指标。0 mmol/L NaCl处理时,以拟南芥野生型和GAI基因突变株为对照,异源表达和异源互补植株的根长、鲜重和干重均显著低于对照,说明BvM14-GAI基因为生长负调控因子;150 mmol/L NaCl胁迫处理后的根长、鲜重、干重及K⁺/Na⁺差异不显著,但甜菜碱、SOD和POD酶活性的含量显著增加,表明转录因子BvM14-GAI通过增强渗透调节和抗氧化酶系统提高异源表达和异源互补拟南芥植株的耐盐功能。研究结果不仅拓展了植物GAI基因响应非生物胁迫的功能,而且对阐明甜菜M14品系耐盐分子机制和培育耐盐作物品系具有一定研究价值。     

主要禾谷类作物DGAT基因家族比较分析

二酰甘油酰基转移酶（DGAT）是三酰甘油合成的限速酶，在植物油脂合成中发挥重要作用。为明确禾谷类作物DGAT基因家族的表达特征，利用已知DGAT成员序列对主要禾谷类作物进行全基因组扫描，分析其亚型差异及表达特点。结果表明，DGAT蛋白具有高脂肪、碱性和不稳定性。系统发育树中DGAT成员聚类为4个亚族，不同亚族成员间平行进化。DGAT基因结构具有组内保守性和组间多样性，基序存在多种类型，不同亚型成员具有特异的结构域组成。DGAT上游序列中，存在植株发育和胁迫响应等多种类型顺式作用元件，说明DGAT广泛参与不同生物学过程。转录组分析结果显示，DGAT广泛存在于不同组织中。在遭遇干旱和低温等不同非生物胁迫时，DGAT受到不同程度诱导，具有时空表达差异性。本研究可为禾谷类作物DGAT基因家族成员功能研究奠定基础。     

甜菜TIFY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

TIFY转录因子对植物体生长发育和胁迫响应有重要调控作用,本研究目的在于鉴定分析甜菜(Beta vulgaris L.)中的TIFY转录因子。试验以甜菜基因组数据为基础,利用生物信息学技术在全基因组水平鉴定并分析甜菜TIFY家族成员。结果表明：甜菜中共有21条TIFY基因,基因间序列相似性较低;共线性分析发现只有BvTIFY15与BvTIFY18之间存在基因复制事件;BvTIFY转录因子家族包括2个TIFY蛋白、8个JAZ蛋白、6个ZML蛋白、5个PPD蛋白;蛋白互作预测发现,JAZ家族成员对JA信号有重要的调控作用。本研究对BvTIFY基因的结构与功能进行分析,发掘出甜菜根中应答盐胁迫基因BvTIFY13与BvTIFY15,为后续BvTIFY基因的功能研究提供一定理论基础。     

甜菜BvWRKY23基因的RNAi载体构建

WRKY转录因子家族成员在调控植物生长发育、应答生物与非生物胁迫等方面具有重要的生物学功能。以抗旱甜菜（Beta vulgaris L.）幼苗为材料,提取叶片总RNA并反转录为cDNA,通过RT-PCR方法扩增获得甜菜WRKY转录因子家族成员BvWRKY23基因的RNAi靶片段,以中间载体PBSK-RTM作为媒介,利用传统的“酶切-连接”法构建了含有CaMV 35S启动子、BvWRKY23基因片段反向重复序列的RNAi（RNA interference）植物表达载体pCambia2301ky-BvWRKY23-RNAi。     

甘蓝型油菜NRT1.5和NRT1.8家族基因的生物信息学分析及其对氮-镉胁迫的响应

植物对硝酸盐的吸收和转运需要硝酸盐转运体(nitratetransporters,NRTs)的协助。在拟南芥中,硝酸盐的长途转运及其在根部和地上部的分配,主要受NRT1家族的两个成员NRT1.5和NRT1.8的协同调控,且两者的表达均受到硝酸盐的强烈诱导。本文以AtNRT1.5和AtNRT1.8基因序列为基础序列,采用生物信息学方法鉴定了白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中NRT1.5和NRT1.8同源基因,并对基因结构和分子特性、基因拷贝数变异、基因染色体分布、系统进化树、蛋白保守序列比对和跨膜结构域、基因响应低氮和镉胁迫的转录组测序以及基因共表达网络进行了分析。结果表明,白菜、甘蓝及甘蓝型油菜中NRT1.5和NRT1.8蛋白均含有保守的跨膜结构域和保守基序(F-Y-L-A-L-N-LG-S-L),属于MFS (major facilitator superfamily)超家族的小肽转运体PTR (peptide transporter)家族。转录组测序结果表明,甘蓝型油菜低氮处理72 h,根部NRT1.5基因的表达丰度上调而抑制NRT1.8的表达;镉处理条件下,乙烯/茉莉酸-硝酸盐转运体介导的信号途径能够促进NRT1.8表达上调而抑制NRT1.5的表达,从而使更多的硝酸盐从地上部运输到根部,提高植物抗镉胁迫的能力。本研究为进一步了解甘蓝型油菜NRT1.5和NRT1.8家族基因的生物学功能及其对氮-镉胁迫的响应奠定基础,同时为NRT1.5和NRT1.8家族基因在其他物种中的生物信息学研究提供参考。     

大豆半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因GmCYS2的功能鉴定

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin, CYS)在结瘤, 根瘤发育和衰老过程中起重要作用。本研究克隆了1个大豆CYS家族基因GmCYS2, 氨基酸序列比对及进化树分析表明, GmCYS2与木豆(Cajanus cajan) CYS相似性最高。在体外对该基因编码蛋白进行了表达和纯化, 重组蛋白GmCYS2的酶活性抑制实验显示, 该蛋白对L类和B类组织蛋白酶的抑制活性明显高于对H类组织蛋白酶, 并且在30 d根瘤提取物中的抑制活性高于在60 d根瘤提取物中。此外, 构建GmCYS2的植物表达载体, 通过百脉根毛根转化法获得转GmCYS2基因的超表达复合体植株。GmCYS2的超量表达增加了百脉根的结瘤数目, 并且上调共生标记基因的表达。结果说明GmCYS2蛋白具有一定的酶活性抑制作用, 并且正调控百脉根共生结瘤过程。