玉米磷转运蛋白基因ZmPht3;1的克隆和功能分析

Pht3(phosphate transporter 3)磷转运子家族属于一类低亲和力磷转运蛋白,在调节植株体内磷素的动态平衡中发挥重要作用。为了初步探讨玉米中Zm Pht3;1基因的结构特征及其磷饥饿的响应机制,利用同源克隆的方法从耐低磷玉米自交系Mo17中分离得到Zm Pht3;1基因,并运用实时荧光定量PCR和亚细胞定位的方法对其进行深入研究。结果表明,Zm Pht3;1的编码区全长1 101 bp,编码366个氨基酸,含有典型的线粒体转运家族(mitochondrial carrier family,MCF)结构特征与6个疏水跨膜结构。荧光定量PCR分析表明,该基因在两个极端材料的根系与叶片中均有表达,而表达模式差异显著,在耐低磷玉米自交系Mo17的根系和叶片中表现为缺磷胁迫前期的一般性反应和后期的特异性反应。转化烟草的亚细胞定位结果显示,Zm Pht3;1主要分布于细胞膜上,可能是一个双亲和转运体,在玉米响应磷饥饿胁迫过程中发挥重要的适应性调节作用。     

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。     

苋菜IRT1基因克隆、序列及表达分析

通过对镉超积累苋菜品种天星米铁转运蛋白基因( IRT1)的克隆、序列及表达分析,旨在为植物修复镉污染土壤奠定基础.依据同源克隆原理,通过RACE技术克隆苋菜IRT1基因及生物信息学方法分析基因序列结构和功能,Northern杂交研究基因表达.苋菜IRT1基因cDNA全长1135 bp,包含完整的阅读框,编码322个氨基酸.苋菜IRT1蛋白与已知铁转运蛋白相似性在53.70％-63.04％,具有铁转运蛋白典型的功能结构特征,即N端含有1个信号肽、氨基酸序列上具有完整的ZIP家族功能结构域( Pfam:Zip)和7个跨膜结构域(TMs).苋菜IRT1蛋白还具有1个COG0428超级家族(转运二价金属离子功能)、2个蛋白激酶C磷酸化位点和2个酪蛋白Ⅱ磷酸化位点.低铁胁迫时苋菜根中IRT1基因表达量增加,加镉处理没有改变IRT1基因表达量.因此,推断苋菜IRT1基因是ZIP家族的一员,具有转运二价金属离子功能,将基因在GenBank中注册,序列号为:GU363501,命名为AmIRT1.     

马铃薯StZnT11的电子克隆、表达及生物信息学分析

马铃薯锌转运蛋白(Solanum tuberosum zinc transporter 11,StZnT11)对于维持细胞中锌稳态至关重要。通过研究StZnT11在非生物胁迫和生物胁迫下的表达情况,为验证马铃薯StZnT11在青枯菌生物胁迫过程中的作用奠定了基础。从前期工作获得的表达文库中得到EST序列,利用NCBI中的Blast工具,对原始序列进行同源性分析,选择与原始序列的相似度、覆盖度、e期望值最高的一条同源对象序列。通过电子克隆,得到StZnT11基因。采用生物信息学方法对StZnT11基因的基因序列及编码的氨基酸组成、理化性质、分子进化、磷酸化位点、高级结构等多角度进行分析。结果表明,该基因cDNA全长1300bp,编码348个氨基酸,编码蛋白含23个磷酸化位点,有1个信号肽,有9个跨膜区域,是定位在质膜上的疏水性蛋白。通过氨基酸序列比对,StZnT11蛋白与烟草、番茄和辣椒等植物中的锌转运蛋白同源性较高。实时荧光定量聚合酶链反应检测结果表明,StZnT11在不同浓度的外源植物激素脱落酸(ABA)的作用下上调。组织定位检测提示StZnT11主要表达于特定组织(茎维管系统的韧皮部和叶片维管束)。这些结果为进一步进行该基因的实验克隆及功能验证研究提供了理论依据。     

烟草磷转运蛋白基因NtPHT2;1的克隆和表达分析

植物对磷酸盐的吸收与利用主要依靠磷转运蛋白,其中PHT2家族编码的低亲和磷转运蛋白主要负责植物在正常供磷条件下磷酸盐的吸收、转运与再利用。为了探究低亲和磷转运蛋白基因NtPHT2;1在烟草转运磷酸盐中的作用和表达模式,本研究以普通烟草K326的cDNA为模板,克隆得到NtPHT2;1,对该基因进行生物信息学分析和蛋白质的亚细胞定位,并通过荧光定量PCR技术对该基因在低磷等非生物胁迫下的基因表达模式进行分析。结果表明：（1）NtPHT2;1基因的全长为1 764 bp,编码587个氨基酸。（2）亚细胞定位结果表明,NtPHT2;1蛋白定位于叶绿体上。（3）同源性比对发现,NtPHT2;1蛋白与辣椒CaPHT2;1蛋白的同源性最高达到91.00%。（4）启动子分析表明,NtPHT2;1启动子含有参与调控植物衰老、逆境胁迫相关的顺式作用元件。（5）组织表达模式分析表明,NtPHT2;1在叶片中的表达量最高,新叶中的表达量比老叶中的高;在低磷诱导条件下,该基因的表达量与正常条件相比差异不显著。（6）不同非生物胁迫下的表达模式表明,在盐胁迫和干旱胁迫下,该基因的表达量显著降低。研究认为,NtPHT2;1基因主要是负责烟株正常生长发育条件下磷酸盐的转运与利用。     

茶树脯氨酸转运蛋白基因鉴定及表达分析

脯氨酸转运蛋白在植物体内脯氨酸的分配及响应多种非生物逆境胁迫过程中发挥着重要作用。为明确茶树体内脯氨酸转运蛋白家族情况,该研究从全基因组水平鉴定获得茶树脯氨酸转运蛋白家族成员,进行了系统进化关系、蛋白结构、基因表达特异性等分析。结果表明:(1)茶树中有6个脯氨酸转运蛋白基因,长度为1 326～1 725 bp之间,编码氨基酸数目在441～574 aa之间,蛋白质分子质量在48.5～63.0 kD之间,等电点为8.51～9.41,大部分为碱性蛋白,其结构中含有大量的α-螺旋和自由卷曲,少量的延长链和β-转角结构。(2)亚细胞定位分析结果显示,茶树CsProT1、CsProT2、CsProT4、CsProT5和CsProT6蛋白定位于细胞膜,CsProT3蛋白则定位于高尔基体。(3)CsProTs蛋白中含9～11个典型的跨膜结构域,其三级结构与保守基序特征均与拟南芥高度相似,具有高度的保守性,不同成员间氨基酸序列相似性达40.14%。(4)基因表达特异性分析显示,CsProT1,CsProT2和CsProT3基因在各个组织部位的表达量均较高,CsProT4、CsProT5和CsProT6表达量均较低,且CsProT1基因的表达量最高;除CsProT5基因外,CsProTs蛋白家族的基因均受到NaCl、干旱及冷胁迫的诱导表达。(5)蛋白相互作用分析结果显示,CsProTs蛋白可与脯氨酸氧化酶ERD5,脯氨酸生物合成限速酶P5CS1、P5CS2和δ-吡咯啉-5-羧酸脱氢酶ALDH12A1等脯氨酸合成,转运及降解有关的蛋白相互作用,共同调控茶树体内脯氨酸的含量。研究认为,茶树6个CsProTs蛋白可共同参与茶树体内脯氨酸的转运平衡及对多种非生物逆境胁迫响应的过程。     

丛枝菌根通过调节碳磷代谢相关基因的表达增强植物对低磷胁迫的适应性

丛枝菌根(AM)共生体系对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。AM不仅直接调节宿主植物对低磷胁迫的响应,还可能通过分泌物影响相邻的非菌根植物。该研究采用分室培养系统,以玉米(Zea mays)和AM真菌Rhizophagus irregularis为试验材料,考察低磷(10 mg·kg~(–1))和高磷(100 mg·kg~(–1))条件下,菌根共生体系对植物生长、磷营养以及碳磷代谢相关基因表达的影响,以揭示AM调节植物低磷胁迫响应的生理机制。分室培养系统由0.45μm微孔滤膜分隔成供体室、缓冲室和受体室3个分室,以供体室菌根化植物为AM分泌物来源,通过微孔膜阻止菌根真菌对未接种受体植物的直接影响,但允许AM分泌物在分室间的扩散。采用实时荧光定量PCR技术分析玉米以及AM真菌自身碳磷代谢相关基因的表达情况。试验结果表明,低磷条件下接种AM真菌显著提高了供体植物干质量和磷浓度,上调了玉米碳磷代谢相关基因的表达。AM真菌磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因在低磷条件下的表达水平显著高于高磷水平;对于受体植物而言,仅高磷处理显著提高了玉米植株干质量和磷含量,而接种处理显著上调了受体植物磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因的表达水平。该研究表明,低磷胁迫下AM可能通过分泌物调控植物碳磷代谢相关基因的表达,进而调节植物对低磷胁迫的生理响应。     

西伯利亚白刺质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因NsSOS1的分离及表达分析

采用同源克隆技术分离了西伯利亚白刺(Nitraria sibirica)质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因NsSOS1,并对其在不同胁迫条件下的表达特性进行了分析。NsSOS1包含3 516bp开放阅读框(ORF),编码1 171个氨基酸,蛋白分子量为128.34kD。生物信息学分析显示,NsSOS1包含12个跨膜结构域,具有植物SOS1蛋白的保守结构域。系统发育分析表明,NsSOS1与其他植物质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白处于同一个次级分化群,与锦葵科海滨锦葵KvSOS1亲缘关系较近。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NsSOS1基因在西伯利亚白刺的根和叶中表达量较高;其表达受到非生物胁迫(NaCl、低温、干旱)和外源激素(MeJA和GA)的诱导,表明NsSOS1基因在西伯利亚白刺抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

小麦MTP基因家族分析及其在胁迫下的作用

金属耐性蛋白(metal tolerance protein,MTP)通过结合流入或流出胞质溶胶中的金属来维持植物体内的金属稳态。该研究通过多种生物信息学方法鉴定并分析小麦基因组TaMTP基因,并用qRT-PCR技术分析TaMTP基因在多种重金属胁迫下的表达情况,为深入研究该家族基因对小麦生长发育的调控机理及其抗逆性提供理论依据。结果表明:(1)TaMTPs均具有阳离子外排家族结构域,大多数成员具有锌转运蛋白二聚结构域;系统发育和聚类分析显示,TaMTP蛋白主要分为G1、G5、G6、G7、G8、G9和G12七组;基因结构和基序分析表明,TaMTP基因多具有相对保守的外显子-内含子排列和保守基序。(2)由RNA-Seq数据的基因表达谱分析发现,不同TaMTP基因都有其独特的表达机制,其中TaMTP1-1Bb和TaMTP1-1D在非生物胁迫下表达水平较高,TaMTP1-1A、TaMTP1-1Bb、TaMTP1-1D、TaMTP11-3Ab、TaMTP11-3B和TaMTP11-3D在生物胁迫下有较高的表达量。(3)qRT-PCR分析表明,当小麦遭受锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镉(Cd)、锰(Mn)和铁(Fe)重金属胁迫时,TaMTP1-1A、TaMTP8-4A、TaMTP8-4D、TaMTP11-3Aa和TaMTP11-3B共5个TaMTP基因的表达水平增加,表明每种金属离子均可诱导这些TaMTP基因在根和叶的表达,但TaMTP1-1A和TaMTP8-4A在Fe~(3+)与Cu~(2+)胁迫下的表达情况完全相反,且在Fe~(3+)胁迫下小麦叶和根组织中2个基因的表达量均很低,推测TaMTPs可能参与相应的微量元素的耐受或转运,但不同TaMTP对不同金属的转运功能存在差异。     

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。     

外源高表达PC-1蛋白N端43个氨基酸可加速人前列腺癌细胞系C4-2的生长

研究PC-1蛋白N端43个氨基酸表达对人前列腺癌细胞C4—2生长的影响。用DNA重组技术将含PC—1蛋白N端43个氨基酸的DNA序列正向克隆到真核表达载体pIRES2-EGFP中,采用脂质体法将重组质粒稳定转染进C4—2细胞中,RT—PCR分析外源序列的转录情况,固相ELISA法测定PC—1蛋白N端43个氨基酸的表达,MTT实验分析细胞的生长速度。结果获得了稳定转染PC—J基因N端43个氨基酸的前列腺癌细胞株,在该细胞株中外源PC—1蛋白N端43个氨基酸得到高表达,细胞生长速度较对照细胞加快了38％。结果表明外源PC—I基因N端43个氨基酸高表达可提高人前列腺癌细胞C4—2的生长速度,推论PC—J基因高表达可能在人前列腺癌的发展中起一定的促进作用。     

Penicillin-binding protein 4 of Escherichia coli shows a novel type of primary structure among penicillin-interacting proteins

The nucleotide sequence of a 1884 bp DNA fragment of E. coli, carrying the gene dacB, was determined. The DNA codes for penicillin-binding protein 4 (PBP4), an enzyme of 477 amino acids, being involved as a DD-carboxypeptidase-endopeptidase in murein metabolism. The enzyme is translated with a cleavable signal peptide of 20 amino acids, which was verified by sequencing the amino-terminus of the isolated protein. The characteristic active-site fingerprints SXXK, SXN and KTG of class A beta-lactamases and penicillin-binding proteins were located in the sequence. On the basis of amino acid alignments we propose, that PBP4 and class A beta-lactamases share a common evolutionary origin but PBP4 has acquired an additional domain of 188 amino acids in the region between the SXXK and SXN elements.     

Sequences of Escherichia coli uvrA gene and protein reveal two potential ATP binding sites

We have determined the nucleotide sequence of the uvrA gene of Escherichia coli. The coding region of the gene is 2820 base pairs which specifies a protein of 940 amino acids and Mr = 103,874. The polypeptide sequence predicted from the DNA sequence was confirmed by analyzing the UvrA protein: the sequence of the first 7 NH2-terminal amino acids as well as the amino acid composition of the pure protein agreed with those predicted from the nucleotide sequence. By comparing the sequence of UvrA protein to the amino acid sequences of other ATPases, we found that two regions in the UvrA protein, separated from one another by about 600 amino acids, have the highly conserved G-X4-GKT(S)-X6-I(V) sequence found at the active sites of many, but not all, ATPases. Our findings suggest that UvrA protein may have two ATP binding sites.     

中间偃麦草Na+/H+逆向转运蛋白的分子克隆及生物信息学分析

根据小麦液泡膜Na /H 逆转运蛋白基因TaNHX1的全长序列设计引物,通过RT-PCR直接扩增的方法从中间偃麦草(Elytrigia intermedia)中克隆到了TaNHX1的同源基因,命名为TiNHX1(Acession Numeber:EF409418).TiNHX1最大开放阅读框为1 641 bp,编码含有546个氨基酸残基、分子量为59.8 kDa的蛋白,预测等电点8.0.TiNHX1含有38个碱性氨基酸,36个酸性氨基酸,256个疏水氨基酸及129个极性氨基酸.二级结构预测表明该蛋白含约44%的a-螺旋、21%的p-折叠、4%的p-转角和29%的不规则卷曲.亲疏水性分析显示,TiNHX1含有12个连续的疏水片断,其中10个可能构成穿膜螺旋.序列分析显示,TiNHX1与小麦(Triticum aestivum)、长穗偃麦草(Elytrigia elongate)、水稻(Oryza sativa)、小盐芥(Thellungiella halophila)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等植物的液泡膜Na /H 逆向转运蛋白高度同源,序列相似性分别为97%、96%、85%、68%、67%.序列比对结果以及进化树分析均表明TiNHX1应为定位于中间偃麦草液胞膜上的Na /H 逆向转运蛋白.     

鸡传染性支气管炎病毒中国分离株LX4纤突蛋白基因分子特征

应用RT-PCR方法分别扩增了中国地方分离株IBV LX4 S1和S2基因并进行了基因的克隆和序列测定.结果发现,LX4 S基因由3495个核苷酸组成,编码一条1164个氨基酸残基组成的多肽.S基因编码产物裂解后形成的S1和S2亚单位分别由539和625个氨基酸残基组成.LX4 S基因推导氨基酸切割识别位点序列为HRRRR,与A2、SD/97/02和Z株相同,而与其它国内外参考毒株不同.与国内外10株已报道的具有全S基因序列的IBV参考毒株比较,LX4与国内分离毒株SD/97/02的核苷酸和氨基酸同源性最高.与32株国内外参考毒株的S1基因进化树分析比较表明,LX4与A2、SD/97/02、Z、TJ/96/02、JX/99/01和SAIBWJ等7个国内分离株在同一亚群内.在该亚群内,LX4与A2和SD/97/02亲缘关系更近,且三者在高变区和抗原表位均具有高度的同源性,而与本亚群内其它参考毒株对应的高变区和抗原表位同源性差异较大.LX4与H120 S1基因编码氨基酸的同源性虽然高于其它国外参考毒株,但同源性仍然较低,为75%.与参考毒株比较,LX4 S2基因的点突变造成其推导的氨基酸序列有11个位点发生改变,这些突变可能影响S2与S1蛋白之间的相互作用,从而影响S蛋白与特异性抗体的结合.     

Transactivation of a human cytomegalovirus early promoter by gene products from the immediate-early gene IE2 and augmentation by IE1: mutational analysis of the viral proteins.

Expression from a human cytomegalovirus early promoter (E1.7) has been shown to be activated in trans by the IE2 gene products (C.-P. Chang, C. L. Malone, and M. F. Stinski, J. Virol. 63:281-290, 1989). Using wild-type and mutant viral proteins, we have defined the protein regions required for transactivation of the E1.7 promoter in IE2 and for augmentation of transactivation in the IE1 protein. Two regions of the IE2 proteins were found to be essential for transactivation. One near the amino terminus is within 52 amino acids encoded by exon 3. The second comprises the carboxyl-terminal 85 amino acids encoded by exon 5. The IE2 protein encoded by an mRNA which lacks the intron within exon 5 and the IE2 protein encoded by exon 5 had no activity for transactivation of the E1.7 promoter. Although the IE1 gene product alone had no effect on this early viral promoter, maximal early promoter activity was detected when both IE1 and IE2 gene products were present. The IE1 protein positively regulated its enhancer-containing promoter-regulatory region. The IE1 protein alone increased the steady-state level of IE2 mRNA; therefore, IE1 and IE2 are synergistic for expression from the E1.7 promoter. Like the IE2 proteins, the IE1 protein requires for activity 52 amino acids encoded by exon 3. IE1 also requires amino acids encoded by exon 4. Since the IE1 and IE2 proteins have 85 amino acids in common at the amino-terminal end encoded by exons 2 and 3, the difference between these specific transactivators resides in their carboxyl-terminal amino acids encoded by exons 4 and 5, respectively.     

Involvement of PITPnm, a mammalian homologue of Drosophila rdgB, in phosphoinositide synthesis on Golgi membranes.

Phosphatidylinositol transfer protein (PITP) is involved in phospholipase C-mediated signaling and membrane trafficking. We previously reported cloning and characterization of a gene encoding for membrane-bound PITP, named PITPnm, that is a mammalian homologue of the Drosophila retinal degeneration B (rdgB) gene (Aikawa, Y., Hara, H., and Watanabe, T. (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 236, 559-564). Here we report the subcellular localization of PITPnm protein and provide evidence for its involvement in phosphatidylinositol 4-phosphate (PtdIns 4-P) synthesis. PITPnm is an integral membrane protein that largely localized in close association with membranes of Golgi vacuoles and the endoplasmic reticulum (ER). The amino terminus region of PITPnm was exposed to cytoplasmic side. Interaction with various phosphoinositides was observed in the amino terminus region spanning from 196 amino acids to 257 amino acids of PITPnm. At the amino terminus regions of 1-372 amino acids, PITPnm formed a complex with type III PtdIns 4-kinase. The transmembrane and carboxyl-terminal portions (residues 418-1242) functioned to retain the PITPnm in the Golgi vacuole. These results suggest that PITPnm plays a role in phosphoinositide synthesis on the Golgi vacuoles and possibly in the PtdIns signaling pathway in mammalian cells.