植物钾营养高效与膜运系统的关系

HKT1和HAK1等转运子介导钾离子的高亲和吸收以及K^ /Na^ 共运转,从而可能增强Na^ 替代K^ 能力,KAT1和KST1等离子通道介导钾离子的累积和转运,从而调节气孔细胞的渗透压,控制气孔运动,阐述了植物生物膜上离子转运机制和钾营养高效机理的某种可能的关系,这些转运子和通道的高效表达可能与植物钾营养高效有很大的相关性。     

植物钾营养高效分子遗传机制

钾是植物生长发育所必需的矿质营养元素之一。不同种类植物的钾营养效率存在差异, 已有证据表明这种差异是受遗传基因控制的。植物细胞依靠细胞膜上的各种钾转运体和通道蛋白吸收和转运钾离子, 这些膜蛋白的活性调控是植物钾营养效率调控的关键和基础。本文对植物钾营养高效性状分子遗传机制以及相关基因的分子功能和调控机制的研究进展进行了简要评述, 并讨论了改善作物钾营养高效性状的可能途径。     

植物钾营养高效分子遗传机制

钾是植物生长发育所必需的矿质营养元素之一。不同种类植物的钾营养效率存在差异,已有证据表明这种差异是受遗传基因控制的。植物细胞依靠细胞膜上的各种钾转运体和通道蛋白吸收和转运钾离子,这些膜蛋白的活性调控是植物钾营养效率调控的关键和基础。本文对植物钾营养高效性状分子遗传机制以及相关基因的分子功能和调控机制的研究进展进行了简要评述,并讨论了改善作物钾营养高效性状的可能途径。     

酿酒酵母TRK1和TRK2钾吸收缺陷型菌株的构建

为更好的进行钾素营养有关基因表达调控和功能性研究, 我们采用同源重组法通过重叠引物扩增分别将URA3和HIS3基因替代酿酒酵母的TRK1和TRK2基因, 并以酿酒酵母的尿嘧啶合成酶URA3基因和组氨酸合成酶HIS3为标记基因, 在不含尿嘧啶和组氨酸的基本培养基筛选转化子获得了钾离子转运蛋白TRK1和TRK2基因缺失的酿酒酵母钾素营养缺陷型菌株, 该菌株在低K+培养基中导入拟南芥K+转运体基因AtKuP1可恢复正常生长。     

海蓬子中高亲和钾离子转运体SbHKT1基因的克隆、表达及生物信息学分析

本研究利用RACE技术从真盐生植物海蓬子中获得了高亲和钾离子转运体SbHKT1基因1647bp完整的ORF框。序列分析结果表明,该基因编码548个氨基酸,分子量为62.10kD,理论等电点为9.33;氨基酸序列中第1个～第35个属信号肽序列,第197个～第537个属离子转运体(TrkH)家族特征序列;该基因编码的蛋白具有10个跨膜结构,N端跨膜区及中部膜上呈现明显的疏水性,C端及中部多个跨膜区呈现强疏水性,符合载体类运输蛋白的特点,因此推测SbHKT1蛋白为跨膜运输蛋白。Blast分析显示该蛋白与碱蓬SsHKT1氨基酸同源性高达77%,与冰叶日中花、赤桉和小麦HKT类蛋白的同源性分别为63%、52%和46%。SbHkt1基因表达存在组织特异性:正常生长条件在根、茎中表达较低,在叶片中几乎看不到表达;在高盐低钾的环境下,各组织表达明显升高,高盐低钾胁迫处理8h,其根部表达处于高峰期;经100μmol/L脱落酸处理4h,根部表达达到最高;干旱胁迫(20%PEG6000)处理2h,根部表达量明显上升。由此推断,该基因参与了植物在高盐低钾、渗透、干旱等非生物胁迫下的生理调控。由于目前已克隆的HKT类蛋白基因多来自非盐生植物,对盐生植物内源HKT基因的研究相对较少,因此,海蓬子内源HKT1基因的全长的获得有助于我们进一步研究该基因在高盐钾饥饿环境下运输钾离子,调节植物体内Na+/K+平衡的功能,对于揭示真盐生植物的耐盐机制,将其运用于非盐生植物,培育新的耐盐品种具有一定的意义。     

高山离子芥铁转运蛋白基因编码序列的克隆及其抗逆性表达的实时定量分析

铁转运蛋白 (iron transport protein,IRT)是具有跨膜运输离子功能的特殊蛋白质,属于金属离子转运家族的成员．本研究运用RACE方法从高山离子芥（Chorispora bungeana）中克隆得到完整的铁转运蛋白cDNA,命名为CbIRT（基因登录号为EU330924）．该基因全长1 290 bp,包含1个1 035 bp的开放阅读框（ORF）,编码344个氨基酸的蛋白．系统进化树分析显示,该基因与拟南芥AtIRT1和遏蓝菜TcIRT-G的亲缘关系最近,同源性分别达到了87.4%和86.5%,而在氨基酸序列水平与拟南芥AtIRT1的同源性达到了89%,表明克隆得到的CbIRT属于金属离子转运体家族成员．实时荧光定量方法对高山离子芥CbIRT基因在不同温度和铁营养水平条件下的表达情况进行分析表明,CbIRT对零下低温和零上低温的表达水平呈截然不同的反应;正常铁营养状态下,CbIRT是微量表达的,而缺铁及低温处理都可以大幅度地促进该基因的表达,富铁可以抑制该基因的表达．显示了该蛋白在转运Fe离子方面的重要作用．     

浅黄根须腹菌磷酸盐转运蛋白基因异源表达分析

为探究外生菌根真菌对油松磷吸收作用的分子机理,以油松优良乡土外生菌根真菌——浅黄根须腹菌Rhizopogon luteolus的磷酸盐转运蛋白基因（RlPT）为对象,在缺陷酵母MB192中进行了异源表达研究。结果显示,该cDNA编码的蛋白质能够互补高亲和力磷酸盐转运蛋白pho84的功能;由不同pH条件下生长试验可知,该蛋白是一个与质子相偶联的运输蛋白;RlPT测算的K_m值为57.90μmol/L磷酸盐;通过酸性磷酸酶的活性检测,进一步验证该基因是具有高亲和力磷酸盐转运蛋白功能的基因。激光共聚焦显微观察表明,该蛋白在低磷条件下多定位于酵母细胞膜上发挥其功能。     

植物钾营养高效与膜转运系统的关系(英)

HKT1和HAK1等转运子介导钾离子的高亲和吸收以及K+/Na+共运转,从而可能增强Na+替代K+的能力;KAT1和KST1等离子通道介导钾离子的累积和转运,从而调节气孔细胞的渗透压,控制气孔运动。阐述了植物生物膜上离子转运机制和钾营养高效机理的某种可能的关系。这些转运子和通道的高效表达可能与植物钾营养高效有很大的相关性。     

酿酒酵母TRK1和TRK2钾吸收缺陷型菌株的构建

为更好的进行钾素营养有关基因表达调控和功能性研究,我们采用同源重组法通过重叠引物扩增分别将URA3和HIS3基因替代酿酒酵母的TRK1和TRK2基因,并以酿酒酵母的尿嘧啶合成酶URA3基因和组氨酸合成酶HIS3力标记基因,在不舍尿嘧啶和组氨酸的基本培养基筛选转化子获得了钾离子转运蛋白TRK1和TRK2基因缺失的酿酒酵母钾素营养缺陷型菌株,该菌株在低K 培养基中导入拟南芥K 转运体基因AtKuP1可恢复正常生长.     

植物高亲和钾离子转运蛋白HAK功能研究进展

钾(Potassium,K)是植物生长发育重要的营养元素,素有"抗逆元素"和"品质元素"之称。在低钾环境下植物主要利用高亲和的转运蛋白进行钾离子的吸收和转运,KUP/HAK/KT作为植物体内钾离子高亲和转运蛋白家族中最大,成员最多的家族,在植物高亲和转运钾离子过程中发挥关键作用。系统阐述了植物KUP/HAK/KT家族的基本情况及其分类、高亲和钾离子转运蛋白HAK的系统发育分析、HAK转运蛋白在提高植物钾吸收,影响植物生长发育,增强植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫能力等方面的功能研究,最后展望了钾离子转运蛋白HAK后续有待解决的问题。深入了解HAK钾转运蛋白在植物体内的作用机制对于有效提高钾肥的利用效率,提升作物产量与品质,促进农业发展等方面具有重要的现实意义。     

Identification of a novel voltage-driven organic anion transporter present at apical membrane of renal proximal tubule

A novel transport protein with the properties of voltage-driven organic anion transport was isolated from pig kidney cortex by expression cloning in Xenopus laevis oocytes. A cDNA library was constructed from size-fractionated poly(A)+ RNA and screened for p-aminohippurate (PAH) transport in high potassium medium. A 1856-base pair cDNA encoding a 467-amino acid peptide designated as OATV1 (voltage-driven organic anion transporter 1) was isolated. The predicted amino acid sequence of OATV1 exhibited 60-65% identity to those of human, rat, rabbit, and mouse sodium-dependent phosphate cotransporter type 1 (NPT1), although OATV1 did not transport phosphate. The homology of this transporter to known members of the organic anion transporter family (OAT family) was about 25-30%. OATV1-mediated PAH transport was affected by the changes in membrane potential. The transport was Na+-independent and enhanced at high concentrations of extracellular potassium and low concentrations of extracellular chloride. Under the voltage clamp condition, extracellularly applied PAH induced outward currents in oocytes expressing OATV1. The current showed steep voltage dependence, consistent with the voltage-driven transport of PAH by OATV1. The PAH transport was inhibited by various organic anions but not by organic cations, indicating the multispecific nature of OATV1 for anionic compounds. This transport protein is localized at the apical membrane of renal proximal tubule, consistent with the proposed localization of a voltage-driven organic anion transporter. Therefore, it is proposed that OATV1 plays an important role to excrete drugs, xenobiotics, and their metabolites driven by membrane voltage through the apical membrane of the tubular epithelial cells into the urine.     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

盐穗木钾转运蛋白基因HcKUP12的克隆及在盐胁迫下的表达分析

利用RACE技术从盐生植物盐穗木(Halostachys caspica)中克隆获得了一个钾离子转运体基因,经BLAST同源比对发现该基因与拟南芥钾离子转运蛋白At KUP12基因最为相似,命名为Hc KUP12。Hc KUP12基因c DNA全长为2953 bp,含有2544 bp的阅读框、262 bp的5'-UTR和147 bp的3'-UTR,编码847个氨基酸,分子质量为93.31 k D,理论等电点为7.19。利用实时荧光定量RT-PCR分析了Hc KUP12基因在600 mmol/L Na Cl处理下胁迫24 h的表达模式,结果显示该基因在盐胁迫下表达量显著增加,至处理24 h时达到最高(为对照的225倍),初步推测其可能是与盐穗木耐盐相关的一个候选基因。     

甜荞柠檬酸转运蛋白基因FeFRD3的克隆及表达分析

该研究采用同源克隆策略,从甜荞中克隆到1个柠檬酸转运蛋白基因FeFRD3(GenBank登录号为MG462907)。FeFRD3基因含一个1 554bp开放阅读框,编码517个氨基酸,预测蛋白分子量为55.83kD,等电点为8.48。生物信息学分析显示,FeFRD3蛋白含有8个跨膜区,定位于质膜和液泡膜上。蛋白序列分析结果表明,FeFRD3与拟南芥、大豆和水稻的FRD3同源蛋白有较高的序列一致性。系统进化树分析表明,FeFRD3属于具有将铁由根向地上部位长距离转运功能的柠檬酸转运蛋白,且与拟南芥AtFRD3亲缘关系最近。qRT-PCR分析结果表明,FeFRD3基因在甜荞根、茎、叶和种子中均有表达,但在根中的表达量最高,在种子中的表达量最低;缺铁胁迫没有影响FeFRD3基因在根中的表达,但高铁胁迫明显诱导了该基因在根中的表达。研究结果为进一步深入研究FeFRD3基因在甜荞铁长距离转运中的功能奠定了基础。     

TRK1 encodes a plasma membrane protein required for high-affinity potassium transport in Saccharomyces cerevisiae.

We identified a 180-kilodalton plasma membrane protein in Saccharomyces cerevisiae required for high-affinity transport (uptake) of potassium. The gene that encodes this putative potassium transporter (TRK1) was cloned by its ability to relieve the potassium transport defect in trk1 cells. TRK1 encodes a protein 1,235 amino acids long that contains 12 potential membrane-spanning domains. Our results demonstrate the physical and functional independence of the yeast potassium and proton transport systems. TRK1 is nonessential in S. cerevisiae and maps to a locus unlinked to PMA1, the gene that encodes the plasma membrane ATPase. Haploid cells that contain a null allele of TRK1 (trk1 delta) rely on a low-affinity transporter for potassium uptake and, under certain conditions, exhibit energy-dependent loss of potassium, directly exposing the activity of a transporter responsible for the efflux of this ion.     

新疆盐生植物车前PmNHX1基因的克隆及生物信息学分析

盐分对植物的伤害主要是Na+引起的,而Na+/H+逆向运输蛋白催化Na+/H+逆向跨膜运输,从而使质膜上Na+运出细胞和液泡膜中的Na+区隔化。这是植物尤其是盐生植物抵御盐胁迫的主要方式之一。根据不同植物编码液泡膜逆向运输蛋白基因的保守序列,设计简并引物,采用RT-PCR和RACE技术,首次从新疆盐生植物车前（Plantago maritima）中克隆到Na+/H+逆向运输蛋白基因的cDNA全长2464 bp,命名为PmNHX1(GenBank登录号：EU233808),该基因编码区长为1 662bp,编码553个氨基酸,理论分子量为61.16kDa,等电点为7.22。数据分析结果显示,该蛋白质主要定位于液泡膜上,由12个序列保守的跨膜结构域组成,其中TM3跨膜结构域上存在“LFFIYLLPPI”-氨氯吡嗪咪结合域,并且该位点与Na+有竞争作用。PmNHX1逆向运输蛋白与其他植物逆向运输蛋白的氨基酸同源性为64％~80％。通过生物信息学方法对其理化性质和功能分析进行预测,这为进一步研究转耐盐基因PmNHX1及其功能鉴定奠定了基础。     

人肾高亲和力钠离子依赖性二羧酸转运蛋白基因的克隆和生物信息学分析

为探讨人高亲和力钠离子依赖性二羧酸转运蛋白 (humanhigh affinitysodium dependentdicar boxylatetransporter,hSDCT2orhNaDC3 )基因在人体内的生理功能及其与疾病的关系 ,借助生物信息学成功地从人肾中克隆了hSDCT2基因 (GenBank接收号 :AY0 72 810 ) .首先将大鼠SDCT2cDNA与人EST数据库进行同源性比较 ,获得具有高度同源性EST片段并用DNAstar软件将它们拼接成EST重叠群 .在重叠群上设计PCR引物从人肾总RNA中用RT PCR扩增出hSDCT2基因并测序 ,然后用软件对其结构特性、组织分布及基因定位进行分析 .序列测定结果显示 ,hSDCT2开放阅读框为180 9bp ,共编码 6 0 2个氨基酸 .蛋白同源性分析表明 ,其氨基酸序列与大鼠及小鼠SDCT2分别有85 %和 87%相同 .二级结构分析显示 ,该蛋白有 12个跨膜螺旋区 .Northern分析显示 ,该基因可在肾、肝、脑、胎盘等多种组织中表达 ,并定位于 2 0号染色体的q12～q13 1     

Molecular cloning and characterization of a cDNA encoding proline transporter in rice

A cDNA encoding a proline (Pro) transporter (ProT) was isolated and characterized from a cDNA library prepared from 14-d-old seedlings of Oryza sativa cv. Akibare. The deduced amino acid sequence of the rice ProT protein (OsProT) had 68.8% homology to the ProT protein 1 from Arabidopsis thaliana and 59.6% homology to that from Lycopersicon esculentum. Northern blot analysis revealed that the gene for OsProT (OsProT) was expressed in all organs examined, comparatively strongly in leaf sheath and stem. Salt treatment did not induce expression of OsProT but strongly induced expression of the gene for delta1-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS), a key enzyme in Pro biosynthesis. Southern blot analysis revealed that OsProT has a gene family. OsProT specifically transported L-Pro in a transport assay using Xenopus laevis oocytes.     

花烟草NaERF1基因的克隆及在非生物胁迫下的表达模式分析

AP2/ERF类转录因子,是植物所特有的最大的一类转录因子家族,在植物的生长发育过程中,扮演着重要的角色。探究花烟草ERF转录因子的生理功能,为花烟草抵御逆境的分子机制研究提供借鉴。采用同源克隆的方法进行基因克隆。通过对花烟草进行非生物胁迫,运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于ERF家族的基因NaERF1。该基因的开放阅读框全长为819 bp,编码了272个氨基酸。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为30.7 kD,等电点为6.07;具有AP2/ERF类转录因子家族典型的保守结构域;该基因主要定位于细胞质内,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaERF1基因与茄科植物的ERF同源性较高,并且与普通烟草的ERF亲缘关系最近。NaERF1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。同时,在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaERF1的表达呈现5种模式。其中,对低钾及ABA胁迫的响应强烈。NaERF1基因属于AP2/ERF类转录因子,可能广泛参与了花烟草包括非生物胁迫响应在内的众多生理过程。