LEA蛋白研究进展

LEA蛋白(late embriogenesis abundant protein,LEA)是生物体中广泛存在的一类与渗透调节有关的家族蛋白,该蛋白的编码基因在植物种子胚胎发育晚期表达量丰富,而且在环境胁迫如干旱、低温、盐胁迫、ABA、紫外辐射和NaHCO3等条件下LEA基因的mRNA也会大量累积.LEA蛋白显著的理化特性是具有很高的亲水性和热稳定性,即使在煮沸条件下也能保持水溶状态.LEA蛋白在细胞中可以稳定细胞膜结构,作为分子伴侣,具有结合离子和防止氧化等作用,被认为是在胁迫过程中对植物起保护作用的物质之一.针对这些重要特性,分别综述了LEA蛋白的分类、结构、编码基因和表达调节方式及其在植物生长过程中的作用.     

植物抗旱和耐重金属基因工程研究进展

干旱和重金属污染严重影响植物的生长发育.植物耐逆相关基因的克隆和功能鉴定研究,为通过基因工程途径提高植物的抗逆性奠定了理论基础.水分亏缺、高盐、低温和重金属胁迫都能诱导LEA(late embryogenesis abundant protein)基因的表达.转基因研究表明,LEA蛋白具有抗旱保护作用、离子结合特性以及抗氧化活性;水孔蛋白存在于细胞膜和液泡膜上,在细胞乃至整个植物体水分吸收和运输过程中发挥重要作用.干旱和盐胁迫促进水孔蛋白基因转录物的积累.过量表达水孔蛋白可增强水分吸收和运输,提高植物的抗旱能力.金属转运蛋白参与重金属离子的吸收、运输和累积等过程.这些蛋白基因在改良草坪草植物的抗旱节水和耐重金属能力等方面具有潜在的应用价值.     

枳LEA基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应

为明确LEA基因在枳非生物胁迫中的作用,研究通过生物信息学方法对枳LEA基因家族进行全基因组的鉴定,并采用qRT-PCR技术分析其在不同非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)枳基因组中鉴定得到57个LEA基因家族成员,编码蛋白的氨基酸长度在62~945 aa之间,分子质量在6.95~104.98 kD之间。(2)系统进化分析表明,PtrLEA基因可分为8个亚家族,LEA_1~LEA_6、dehydrin和SMP,LEA_2亚族家族成员最多。(3)顺式作用元件分析表明,PtrLEA启动子上存在大量的植物激素、胁迫响应以及生长发育有关的响应元件。(4)转录组数据分析结果显示,LEA基因家族具有组织表达特异性,PtrLEA 15、PtrLEA 17、PtrLEA 23、PtrLEA 51在所有组织中均有高表达,也发现有3个基因在所有组织中不表达。(5)实时荧光定量PCR结果显示:PtrLEA基因在低温、干旱和高盐胁迫处理条件下,与对照相比分别有6、2和6个基因上调表达,推测该基因家族参与多种非生物胁迫应答。     

日本结缕草转录因子基因ZjDREB1.4的功能特征分析

DREB1(dehydration-responsive element binding protein1)是植物中广泛存在的转录因子,在应答非生物胁迫中起重要作用。该研究根据转录组测序数据,从暖季型植物日本结缕草‘Meyer’(Zoysia japonica Steud.)中克隆得到1个DREB1类转录因子基因,命名为ZjDREB1.4。结果表明:(1)该基因推测编码226个氨基酸,含有一个AP2结构域,其上下游具有DREB1组的典型特征序列。(2)半定量RT-PCR检测显示,在日本结缕草叶组织中,ZjDREB1.4基因在4℃低温、高盐和干旱胁迫下均上调表达,其中受低温诱导上调最显著。(3)亚细胞定位分析显示,ZjDREB1.4-GFP融合蛋白主要定位在细胞核中。(4)酵母单杂交结果显示,ZjDREB1.4蛋白具有强的转录激活功能,但与以ACCGAC为核心序列的DRE元件结合功能较弱。(5)与野生型拟南芥相比,超表达ZjDREB1.4的拟南芥植株的营养生长无明显改变,仅抽薹时间推迟3～8 d,但是对高温和冷冻低温胁迫的耐受能力明显增强。ZjDREB1.4基因具有抗逆功能,对植株生长发育的负效应又小,其在植物育种中的应用潜力值得进一步探究。     

扁蓿豆MrLEA2基因的克隆和原核表达

从扁蓿豆(Medicago ruthenica L.)幼苗中克隆到一个编码晚期胚胎发生丰富蛋白的基因MrLEA2,Pfam数据库检索表明其编码产物属于LEA_2蛋白家族。半定量RT-PCR分析发现MrLEA2在幼苗中表达水平不受非生物胁迫(脱水、高盐和低温)和脱落酸诱导。利用MrLEA2基因构建原核表达载体,在大肠杆菌中实现了过量表达。通过斑点试验和菌落计数实验,对过量表达MrLEA2蛋白的大肠杆菌细胞在高盐(0.5mol/L NaCl和0.5mol/L KCl)、55℃高温和-20℃冷冻胁迫处理下的生长存活情况检测发现,MrLEA2蛋白过量表达能够明显提高大肠杆菌对上述胁迫的耐受性。研究表明,MrLEA2蛋白对高盐和温度胁迫引起的细胞损伤具有保护作用。     

结缕草转录因子基因ZjDREB4.1克隆和逆境表达模式

以日本结缕草(Zoysia japonica)‘Meyer’品种为材料,克隆获得了1个DREB(dehydration responsive element binding)类转录因子基因,命名为Zj DREB4.1。该基因编码区长651 bp,编码216个氨基酸,推测的蛋白质Zj DREB4.1分子量为22.9 k D,等电点p I为5.74,第50-110位氨基酸组成一个典型的AP2保守结构域。在基因的系统发生树中,Zj DREB4.1蛋白与拟南芥At TINY蛋白和玉米Zm DBF2蛋白聚为一支,属于DREB亚家族A-4组。在叶组织中Zj DREB4.1为组成型表达,受低温诱导上调表达,在干旱和高盐胁迫下表达先下调后恢复至正常水平。     

小麦TaMAPK2基因的克隆及表达分析

该研究从小麦中克隆了1个MAPK基因TaMAPK2。序列分析表明,TaMAPK2基因的ORF为1 110bp,编码369个氨基酸。序列比对分析表明,该基因所编码的蛋白与粗山羊草、水稻、谷子等MAPK蛋白具有较高的一致性,分别为99%、94%、94%。进化树分析表明,TaMAPK2与水稻OsMAPK2的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、乙烯和双氧水诱导,受ABA抑制。研究表明,TaMAPK2可能参与非生物逆境胁迫及相关信号分子应答。     

黄花棘豆脱水素OoY_2K_4的鉴定及表达分析

该研究以黄花棘豆cDNA为模板,采用同源克隆法,从黄花棘豆转录组数据库中克隆获得1个响应逆境胁迫的胚胎发育晚期丰富蛋白基因,命名为OoY_2K_4;OoY_2K_4基因ORF为786bp,编码261个氨基酸,含有2个保守的Y片段和4个K片段,为典型的Y_2K_4类脱水蛋白亚家族成员;OoY_2K_4蛋白不具有跨膜结构域,不存在信号肽,亲水性极强,含有1个糖基化位点和17个磷酸化位点;亚细胞定位显示,OoY_2K_4蛋白定位于细胞质中。多序列比对发现,OoY_2K_4蛋白与其他物种第二组LEA蛋白(脱水素)序列高度保守;进化树分析显示,该序列与三叶草、蒺藜苜蓿和紫花苜蓿相似度最高,亲缘关系最近。采用qRT-PCR对OoY_2K_4基因在干旱、高盐、低温以及脱落酸、乙烯、赤霉素处理下的表达分析显示,干旱和高盐胁迫可显著诱导OoY_2K_4基因表达,而低温胁迫下基本无变化;激素处理均可诱导OoY_2K_4基因高效表达,其中脱落酸诱导下OoY_2K_4基因表达最显著。研究推测,OoY_2K_4基因可能通过依赖ABA的信号途径参与黄花棘豆对干旱和高盐逆境胁迫的应答反应。     

小麦TaDRLea3 2基因的克隆及胁迫诱导表达分析

胚胎发育后期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA蛋白) 是植物体中广泛存在的一类与渗透调节相关的家族蛋白,植物受非生物胁迫会大量表达。该研究采用同源克隆技术,从干旱诱导的小麦品种‘郑引1号’ (Triticum aestivum L.)中获得1个新的LEA3家族基因（ TaDRLea3 2）,该基因全长668 bp,编码区为570 bp,编码189个氨基酸。生物信息学分析表明该蛋白为亲水性蛋白,二级结构以α 螺旋为主,含有9个由11个氨基酸组成的保守结构域,为典型的LEA3蛋白,存在3个磷酸化位点,无信号肽结构域及跨膜结构域,可能定位于细胞质中;实时定量PCR结果表明, TaDRLea3 2基因受干旱、高盐、低温诱导表达,同时也受外源ABA诱导,推测 TaDRLea3 2为ABA依赖型 LEA3基因,以不同机制参与小麦对非生物胁迫的应答过程,为深入分析小麦LEA3家族蛋白的抗逆机制奠定了基础。     

硅对辣椒CaLEA5基因低温胁迫下表达分析

通常在逆境胁迫下,植物细胞会诱导产生一系列的逆境蛋白来保护细胞免受伤害,其中胚胎发育晚期丰富(LEA)蛋白是目前研究最为普遍的一种。为了研究辣椒LEA蛋白的耐寒性,以豫椒101为材料,根据已经报道的LEA基因序列设计引物,通过PCR技术从辣椒基因组中获得LEA基因,命名为CaLEA5。经生物信息学分析,该基因具有一个完整的ORF为297 bp,编码98个氨基酸。辣椒CaLEA5蛋白质含有LEA基因家族保守的结构域。对其亚细胞定位、跨膜结构进行分析,预测其定位在叶绿体,存在跨膜结构。荧光定量PCR检测结果表明,低温胁迫可诱导CaLEA5基因的表达,且其表达量在迅速达到峰值后又降低,说明CaLEA5是一个快速响应基因,推测其在辣椒抗逆机制中起着重要的作用。在低温胁迫的条件下,硅处理可延缓CaLEA5基因的上调表达。     

Embryo and Endosperm Function and Failure inSolanumSpecies and Hybrids

Although the importance of the endosperm as a food store inmany angiosperm seeds is well known, its significance duringearly embryogenesis has been neglected. In many interspecifichybrids, and in some other situations, embryos do not developfully and abort. It has often been stated that this is causedby the endosperm failing to conduct sufficient nutrients tothe embryo, but seldom has it been suggested that the endospermactively controls most of the early stages of morphogenesisof the embryo. Information gleaned from a broad survey of theliterature, combined with additional evidence presented here,obtained fromSolanum incanumand interspecific hybrids, indicatethat the endosperm is dynamic and very active in regulatingearly embryo development. This requires highly integrated geneticcontrol of rapidly changing metabolism in the endosperm. Ininterspecific hybrids, lack of coordination may cause unbalancedproduction of growth regulating substances by the endospermand hence abortion of the embryo, or even unregulated productionof nucleases and proteases resulting firstly in autolysis ofthe endosperm and then digestion of the embryo. The endospermmay thus serve to detect inappropriate hybridization of speciesor ploidy levels and so prevent waste of resources by producingseeds that would result in sterile hybrids or unthrifty subsequentgenerations. This discriminatory function of the endosperm hasdiminished during evolution and domestication of the crop plantSolanummelongenaL.Copyright 1998 Annals of Botany Company Solanum, embryo morphogenesis, endosperm, hybrid, seed development.     

HIFs and tumors--causes and consequences

For most organisms oxygen is essential fo life. When oxygen levels drop below those required to maintain the minimum physiological oxygen requirement of an organism or tissue it is termed hypoxia. To counter act possible deleterious effects of such a state, an immediate molecular response is initiated causing adaptation responses aimed at cell survival. This response is mediated by the hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), which is a heterodimer consisting of an alpha- and a beta-subunit. HIF-1 alpha protein is stabilized under hypoxic conditions and therefore confers selectivity to this response. Hypoxia is characteristic of tumors, mainly because of impaired blood supply resulting from abnormal growth. Over the past few years enormous progress has been made in the attempt to understand how the activation of the physiological response to hypoxia influences neoplastic growth. In this review some aspects of HIF-1 pathway activation in tumors and the consequences for pathophysiology and treatment of neoplasia are discussed.     

环腺苷酸应答元件结合蛋白与学习记忆

环腺苷酸(cAMP)应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)是一种核转录因子,可与cAMP反应元件结合,调节基因转录,具有调节精子生成,昼夜节律,学习记忆等功能.近年来关于其在学习记忆中的作用成为医学研究热点.CREB是神经元内多条信息传递途径的汇聚点,参与长时记忆形成和突触可塑性.长时记忆(long-term memory)形成需依赖CREB介导的基因转录,干扰或抑制CREB活性可破坏长时记忆.长时程增强(long-term potentiation,LTP)是研究学习记忆的理想模型,在LTP诱导和维持过程中均可观察到CREB活性持续升高.但增龄过程中,海马CREB活性下降,影响学习记忆功能,与许多神经退行性疾病发生有关.