甘薯块根特异蛋白——Sporamin的研究进展

Sporamin是在甘薯块根中特异表达的一类特殊贮藏蛋白,它不仅具有一般贮藏蛋白的特性,而且还具有胰蛋白酶抑制剂的活性,并与甘薯块根的形成过程密切相关。本文就近年来对该块根特异蛋白的特性和功能,以及在分子生物学水平上的研究进展进行了综述。     

甘薯sporamin蛋白的功能及其在抗虫转基因植物中的应用

Sporamin蛋白是甘薯块根中一种主要的可溶性蛋白,具有块根特异表达、伤害诱导表达等生物学特性,并具有胰蛋白酶抑制剂活性。sporamin具有的胰蛋白酶抑制剂活性使其广泛应用于近年植物抗虫转基因的研究。该文就其序列结构特性、表达调控、生物学功能,以及在抗虫转基因领域的研究进展进行了综述。     

甘薯块根的形成

甘薯是粮食作物高产之王。甘薯的用途更大,植株的各个部位——自茎叶至块根都具有极为广泛的用途。但其中以块根的用途最广,经济价值也最高。因之收获块根是栽培甘薯的主要目的。     

甘薯MADS-box转录因子IbMADS11-Like的克隆及胁迫响应分析

MADS-box蛋白在植物生长发育及抗逆等过程中均发挥重要功能。本实验室根据甘薯近缘野生种I.trifida基因组序列,在甘薯栽培种徐薯22(Ipomoea batatas(L.)Xu22)中克隆到一个STMADS11亚家族MADS-box基因,命名为IbMADS11-Like。实时定量RT-PCR分析表明,IbMADS11-Like基因在甘薯根中大量表达,并且随着块根的形成和膨大表达量逐渐降低,表明该基因可能参与了甘薯块根的发育过程。胁迫处理分析表明,IbMADS11-Like基因的表达受干旱、盐和高温的诱导,而低温则抑制其表达。此外,IbMADS11-Like基因对ABA、IAA、ZT、BR、ACC、JA及GA等激素的处理也有不同程度的响应,暗示IbMADS11-Like基因可能参与了甘薯生长发育及胁迫的调控过程。这些结果为进一步分析IbMADS11-Like基因在甘薯块根发育和胁迫响应中的功能奠定了基础。     

甘薯块根细胞中β—淀粉酶主要定位于质体内

淀粉降解代谢与种子萌发、叶片光合作用、块茎和块根贮藏及肉质果实的发育密切相关。体外酶学实验普遍认为,β—淀粉酶是催化淀粉水解的重要酶之一,然而由于其在生活细胞中经常定位于叶绿体或质体之外,与淀粉基质在亚细胞水平上相互隔离,所以该酶在植物活体内的生理功能至今尚不清楚。我们最近首次发现,苹果果实生活细胞中的β-淀粉酶主要定位于质体内,与其淀粉基质居于同一亚细胞区域,但尚不清楚这一现象是否具有普遍性。本研究利用胶体金免疫电镜定位技术证明,甘薯块根生活细胞中的β-淀粉酶也是主要定位于质体内,围绕淀粉粒分布较多,其他亚细胞区域内β-淀粉酶分布很少,说明该酶主要分布于其功能区域。质体内胶体金分布密度随着块根发育的推进显著增加,但β-淀粉酶区隔于质体内的亚细胞分布特点在块根整个生长发育期没有变化。这些结果明确地展示出甘薯块根生活细胞中β-淀粉酶与其淀粉基质居于同一亚细胞区域内,为β-淀粉酶普遍参与植物生活细胞或贮藏器官生活细胞中的淀粉水解提供了证据。     

甘薯块根生长及其淀粉体发育过程的解剖结构特征

为了探明甘薯块根的生长及其淀粉体的发育规律,该试验以甘薯品种‘徐薯22’为材料,采用树脂半薄切片等方法对甘薯块根的生长及其淀粉体的发育进行观察研究。结果表明:(1)甘薯块根完成初生生长的时间短,块根初生结构由表皮、皮层和中柱构成,块根横截面上皮层所占比例比中柱大。(2)甘薯移栽后10 d块根开始次生生长,次生生长形成维管形成层和木栓形成层;随着块根次生生长,位于次生木质部分散导管周围的薄壁细胞脱分化,通过平周分裂产生副形成层;维管形成层、木栓形成层和副形成层的共同作用使块根快速膨大。(3)淀粉体在块根进入次生生长时首先在皮层细胞产生,随后大量出现在次生生长产生的薄壁细胞中,块根中淀粉体的发生及发育总体上表现出由外向内的顺序。(4)块根薄壁细胞中的淀粉粒有单粒和复粒两种类型;块根生长早期,薄壁细胞中主要以复粒淀粉为主,生长后期主要以单粒淀粉为主;块根生长过程中,包含复粒淀粉的淀粉体可通过分裂形成包含单粒淀粉的淀粉体。(5)淀粉可在块根生长的整个时期积累,其中以块根生长中期积累速度最快。     

甘薯贮藏蛋白(sporam in)A基因编码区克隆及序列同源性分析

采用 PCR技术 ,从我国广泛栽培甘薯品种南薯 88基因组中扩增和克隆到甘薯贮藏蛋白 A基因编码区段 ,并测定了其全部核苷酸序列 .该编码区长 65 7bp,编码一个长 2 1 9个氨基酸残基的蛋白质 ,其中信号肽长 37个氨基酸残基 ,成熟蛋白质长 1 82个氨基酸残基 ,其分子量为 2 0 k D.将该片段的核苷酸序列与已登录在 Gen Bank中的另外 6个甘薯贮藏蛋白 A基因编码区序列进行比较 ,发现其同源性高达 90 % ,说明甘薯贮藏蛋白 A基因编码区序列具有高度保守性 .虽然 7个基因编码区的核苷酸总变异为 1 0 % ,但在每两个基因之间的比较则表明其核苷酸的变异范围小于 7% .     

甘薯块根细胞中β-淀粉酶主要定位于质体内

淀粉降解代谢与种子萌发、叶片光合作用、块茎和块根贮藏及肉质果实的发育密切相关.体外酶学实验普遍认为,β-淀粉酶是催化淀粉水解的重要酶之一,然而由于其在生活细胞中经常定位于叶绿体或质体之外,与淀粉基质在亚细胞水平上相互隔离,所以该酶在植物活体内的生理功能至今尚不清楚.我们最近首次发现,苹果果实生活细胞中的β-淀粉酶主要定位于质体内,与其淀粉基质居于同一亚细胞区域,但尚不清楚这一现象是否具有普遍性.本研究利用胶体金免疫电镜定位技术证明,甘薯块根生活细胞中的β-淀粉酶也是主要定位于质体内,围绕淀粉粒分布较多,其他亚细胞区域内β-淀粉酶分布很少,说明该酶主要分布于其功能区域.质体内胶体金分布密度随着块根发育的推进显著增加,但β-淀粉酶区隔于质体内的亚细胞分布特点在块根整个生长发育期没有变化.这些结果明确地展示出甘薯块根生活细胞中β-淀粉酶与其淀粉基质居于同一亚细胞区域内,为β-淀粉酶普遍参与植物生活细胞或贮藏器官生活细胞中的淀粉水解提供了证据.     

薯蓣植物块茎特异蛋白Dioscorin的研究进展

Dioscorin是薯蓣(Dioscorea spp.)植物块茎中主要的贮藏蛋白,具有块茎特异性表达的特点。研究证实它不仅有一般贮藏蛋白的特性,该特性可能与薯蓣块茎的形成过程密切相关;而且还有碳酸酐酶、胰蛋白酶抑制剂、抗氧化、抗高血压以及免疫调节的活性,故薯蓣植物具有开发成功能性食品和蛋白质类医药的潜力。该文就近年来对其块茎特异蛋白的结构特征、性质和功能以及在分子生物学水平上的研究进展进行了综述。     

甘薯块根的发育与糖类物质的变化

本试验对甘薯“胜利百号”的块根成长发育过程进行了研究,获得的主要结果归结如下: 1.甘薯在生育初期的一段时间里,主要是生长茎叶,陕西关中的气候条件下自扦插之日(5月13日)到7月底以前是茎叶增长最旺盛的时期,但由9月上旬以后,茎叶生长不但无明显增加,反而有所减少。当地上部生长构成一定量的光合器官后,块根才迅速成长,自7月底至9月15日以前是块根成长增重最快的时期。夏薯茎叶与块根的生长趋势基本上与春薯有相同的规律,唯时期推迟,以致产量低于春薯。 2.块根在成长过程中体积膨大与物质累积间存在着一定的关系;前期块根的容重小、干物量少,表明块根体积膨大的速度高于物质累积,但到生长后期则显示以物质累积为主而体积膨大速度减缓。 3.同一株甘薯上三极块根在成长过程中,从其绝对重量的增加和块根体积的膨大量来看,大块根比中、小型块根居先,显然大块根占有有利的成长因素。 4.对三极块根中水分、可溶性糖及淀粉含量的变化做了分析。在接近收获时期块根中所发生的糖量加增与淀粉量加增与淀粉量减少的变化,主要受气温降低的影响,这一影响在大块根和小块根间有所不同。     

The globulin seed storage proteins of flowering plants are derived from two ancestral genes

Summary The cDNA and/or genomic DNA sequences of 13 globulin storage proteins from flowering plants (angiosperms) are now known. They represent 8 genera, 5 families and 5 orders of plants and include one monocotyledonous species. Here, the coding nucleotide and amino acid sequences of these proteins are compared by dot matrix analysis and gross protein domains visualized by hydropathy analyses. The vestigial homologies visualized by these means indicate that all of the globulin storage proteins of flowering plants have emanated from 2 genes that existed at the beginning of angiosperm evolution.A curious polypeptide domain of 150–200 amino acids located near the N terminus is found in a globulin subgroup of 2 genera widely separated phylogenetically. The domain appears to have resulted from an ancient insertion that has been deleted in most of its descendant genes.     

Structure and expression of zein genes of maize

Plant seed storage proteins are synthesized and deposited in endosperm or cotyledon tissue to serve an important physiological function at the onset of germination. Because of their abundance, they constitute an important factor for the amount and nutritional value of kernel proteins. The physiological, biochemical, and genetic properties of many storage proteins and their genes, in particular those of cereals and legumes, have been extensively studied in the past and the results have been summarized in several reviews.^1–6 More recently, representative genes coding for storage proteins have been isolated and are now being used in attempts to elucidate the mechanism of the regulated synthesis of storage proteins. The purpose of this review is to outline, using maize as an example, the recent progress made in this effort.     

Sialic acid storage disease and related disorders

This paper gives an overview of the two sialic acid storage disorders, Salla disease and infantile sialic acid storage disease, and the related disorders cystinosis, sialuria, sialidosis, and galactosialidosis. Sialic acid storage disease and cystinosis are models for a deficient lysosomal transport of monosaccharides and amino acids, respectively. Several gene mutations leading to the production of the faulty membrane proteins sialin and cystinosin have been identified in recent years. Knowledge of the underlying pathophysiology is a prerequisite for future research projects, which will focus on the expression of the disease genes in living systems and the physical characterization of these proteins by X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance spectroscopy.     

Lysosomal Storage Diseases: Is Impaired Apoptosis a Pathogenic Mechanism?

Lysosomal storage disorders are inborn diseases resulting from the lack or activity of lysosomal hydrolases, transporters, or integral membrane proteins. Although most of the genes encoding these proteins have been characterized and many gene defects identified, the molecular bases underlying the pathophysiology of these genetic diseases still remain obscure. In this mini-review, the potential role of apoptotic cell death in the development of the cellular and tissue lesions seen in lysosomal storage disorders, and particularly in neurological diseases, is discussed. A list of observations documenting either a decrease or an exacerbation in apoptosis induction are presented. The putative, yet controversial contribution of certain sphingolipids and cathepsins in the regulation of these phenomena is emphasized.     

水稻种子储藏蛋白及其基因表达

作为人类氮素营养的一个重要来源,水稻种子储藏蛋白的组成、结构及其合成过程一直是为研究者所关注。随着研究的深入,对于谷蛋白基因的结构特点,表达方式以及与谷蛋白基因表达相关的转录因子也都为人们所逐渐了解。这些知识对于人们改善水稻籽粒的品质以及利用水稻籽粒来生产外源蛋白都具有十分重要的意义。本文对这些方面做一简要概述。 As an important nitrogen source of human being. The composition, structure and synthesis of rice storage protein were concerned by scientists. Now people know a lot about the structure ,expression patterns of rice glutelin genes. On the basis of these knowledge, we may improve the quality of rice grain and use it to produce foreign proteins. In this paper we summarize the knowledge about rice storage proteins that we have got in these years.