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。     

大豆磷、硫转运蛋白研究进展

磷、硫转运蛋白是大豆（Glycine max（L.）Merr.）体内磷、硫转运的重要载体,参与调节磷和硫酸盐的吸收与转运,对提高大豆的磷、硫利用效率至关重要。大豆磷转运蛋白可划分为Pht1、Pht2、Pht3、Pho1和Pho2 5大家族,目前对Pht1的研究最为深入。大豆14个Pht1家族可分为3个亚家族,他们对磷吸收和转运具有重要作用。大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b可在大豆根中特异性表达并被低硫胁迫诱导。本文基于大豆磷、硫的营养吸收、转运与利用过程中的相关性,对Pht1家族以及GmSULTR1;2b基因在大豆中的研究进展进行了综述,并对近年来大豆磷、硫转运蛋白的研究进展及未来的研究方向进行了展望。     

OsPT8过量表达提高转基因烟草的耐低磷能力

高亲和磷转运蛋白负责植物在低磷条件下吸收和转运磷酸盐,对植物的生长发育至关重要。将水稻中关键的高亲和磷转运蛋白基因OsPT8(A high affinity phosphate transporter gene OsPht1;8,以下简称OsPT8)通过农杆菌介导的方法转入烟草云烟87,以转基因烟草和野生型(云烟87)为材料,设置正常供磷(1 mmol/L Pi)和低磷(0.1 mmol/L Pi)两个处理的沙培试验,检测烟株地上部和地下部的生物量、全磷及有效磷的含量,分析烟草高亲和磷转运蛋白家族基因(NtPT1和NtPT2)的表达差异。结果显示,低磷条件下,OsPT8过量表达转基因株系生物量均显著高于野生型;在正常供磷和低磷条件下,OsPT8过量表达烟草株系全磷含量和有效磷含量均显著高于野生型,这表明高亲和磷转运蛋白基因OsPT8可以提高转基因烟草的耐低磷能力。RT-PCR和Q-PCR结果显示,转基因株系显著提高了烟草高亲和磷转运蛋白基因NtPT1和NtPT2的表达量,表明OsPT8对烟草磷吸收和转运的影响是通过OsPT8基因和烟草NtPT1、NtPT2基因等一个复杂的过程起作用的。     

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。     

植物miRNA在调节低磷胁迫响应中的作用

植物MicroRNA(miRNA)是一类内源性非编码小分子RNA,它们参与调节植物的生长、发育和代谢过程中多种基因的表达。近期的研究发现miRNA参与调节磷的吸收和利用,对植物适应低磷胁迫具有重要作用。本文概述了植物磷吸收和转运的机制,介绍了低磷胁迫下miRNA的表达水平变化,重点对miRNA在植物响应低磷胁迫中的作用,如改变根系结构、提高磷的转运和再利用效率、参与花青素和抗氧化物生物合成等进行了综述,以期为揭示植物低磷胁迫响应分子机制,提高植物对磷的吸收效率提供借鉴。     

高等植物对磷饥饿自我拯救的分子生物学机制

磷饥饿状态下,植物通过一系列生理、生化变化主动适应胁迫逆境,包括植物对土壤难溶性磷的活化、根系对低浓度有机磷的有效吸收,以及对吸收磷的再利用等。而这些生理生化反应都有其特定的分子生物学基础。本文着重综述与这三方面特性有关的分子生物学研究进展,包括与根系有机酸合成以活化难溶性磷有关的ＰＥＰ羧化酶（ＰＥＰＣ）;与有效吸收低浓度有机磷有关的高亲和力磷转运子;以及与利用生长介质中的有机磷有关的ＲＮａｓｅ、磷酸酶（ＡＰａｓｅ）;Ｃａ２＋－ＡＴＰａｓｅ;低磷营养胁迫导致的植物与菌根菌互作的分子生物学;以及磷饥饿诱导差异表达的基因等。     

磷高效水稻根系对低磷胁迫响应的差异蛋白分析

以IR71331为材料,通过水培试验,采用双向电泳分离不同磷浓度下（低磷浓度为0.5 mg·L^-1,对照为10 mg·L^-1）水稻生长3 d和6 d根系差异蛋白.结果表明：与对照相比,低磷胁迫下共有29个蛋白,其中3 d时间点有17个蛋白上调、11个下调、1个新增,6 d时间点有8个上调、19个下调、1个抑制表达、1个无明显变化 .经鉴定,其中的10个差异表达蛋白可归为信号转导相关蛋白、基因表达相关蛋白、代谢相关蛋白离子转运相关蛋白4个功能类群.信号转导相关蛋白分别为富含甘氨酸RNA结合蛋白和类似参与磷酸盐饥饿反应调控子;基因表达相关蛋白分别为推定的mRNA前体剪接因子SF2和推定的AAA蛋白酶家族FtsH;代谢相关蛋白分别为腺苷酸琥珀酸裂解酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin)、S-腺苷蛋氨酸合成酶（SAM）和类似MYB类转录因子;离子转运相关蛋白分别为阳离子转运ATP酶和肌浆网膜蛋白.这些蛋白分别参与了信号识别、信号调控、mRNA 的剪接、信号传递、蛋白质降解、细胞体内离子转运和平衡等生理过程.其中serpin、SAM和MYB类转录因子是水稻响应低磷胁迫的关键蛋白.水稻根系对低磷胁迫存在着一个复杂的抗逆信号应答和代谢调控网络,其作用机理可以通过差异表达的蛋白质得以体现.     

拟南芥SPL1基因参与调节低磷条件下的根际酸化反应

根际酸化是植物适应低磷胁迫的重要策略, 但植物是如何感知和转导低磷信号, 进而促进根际酸化的分子机制至今还不十分清楚。利用pH指示剂(溴甲酚紫)显色法从拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库中分离得到了1株低磷诱导根际酸化缺失突变体spl1。在含溴甲酚紫的低磷培养基上培养8小时, 野生型拟南芥根际培养基的颜色变为黄色, 而突变体spl1根际培养基的颜色没有明显变化, 表明spl1的低磷根际酸化反应能力降低。当低磷胁迫处理延长20天, spl1叶片的花青素积累明显高于野生型。同时也出现, 即使在磷营养正常条件下, spl1突变体也表现出根毛数量与长度增加的特征。进一步的研究表明, 在低磷条件下, spl1突变体根部的磷含量略高于野生型, 与磷转运相关基因的表达量明显高于野生型。分子遗传学分析结果表明, SPL1基因受低磷胁迫诱导, 主要在拟南芥的叶片和花等组织中表达, 其编码的蛋白广泛分布在细胞的各个部位。以上结果表明, SPL1参与介导低磷诱导的拟南芥根际酸化反应, 调节多种低磷胁迫反应及低磷条件下磷饥饿诱导基因的表达。     

植物菌根共生磷酸盐转运蛋白

大多数植物能和丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌形成菌根共生体。AM能够促进植物对土壤中矿质营养的吸收,尤其是磷的吸收。磷的吸收和转运由磷酸盐转运蛋白介导。总结了植物AM磷酸盐转运蛋白及其结构特征,分析其分类及系统进化,并综述了AM磷酸盐转运蛋白介导的磷的吸收和转运过程及其基因的表达调控。植物AM磷酸盐转运蛋白属于Pht1家族成员,它不仅对磷的吸收和转运是必需的,而且对AM共生也至关重要,为进一步了解菌根形成的分子机理及信号转导途径提供了理论基础。     

一步法RT—PCR克隆水稻线粒体磷转运蛋白基因及其序列特征分析

以水稻广亲和品种Cpslo17幼穗为材料,用一步法RT—PCR（逆转录聚合酶链式反应）克隆了一个长度为1118bp的编码线粒体磷转运蛋白的OsMPT基因。序列分析表明其包含了基因完整的编码序列,编码由368个氨基酸组成的线粒体磷转运蛋白,它与玉米、大豆、Lotus japonicus、Betula pendula、拟南芥的线粒体磷转运蛋白氨基酸序列相似率分别为93．5％,85．6％,83．8％,83．7％,81．1％。氨基酸疏水谱分析显示它有线粒体磷转运蛋白家族高度保守的6个跨膜结构域。水稻线粒体磷转运蛋白N端富含精氨酸（Arginine）、丙氨酸（Alanine）和丝氨酸（Serine）。iPSORT预测其蛋白N端具有定位于线粒体的信号肽序列,进一步分析表明此编码区段有6个外显子和5个内含子。RT—PCR结果表明,OsMPT基因在水稻两个亚种粳稻和籼稻的叶片中均有表达,在Cpslo17营养器官和生殖器官中都有高水平表达。水稻线粒体磷转运蛋白的克隆和表达分析将为研究其结构和生物学功能奠定基础。     

水稻H3.2型组蛋白基因RH3.2A的克隆与盐胁迫下的表达分析

组蛋白H3与其他类型的组蛋白分子H2A,H2B,H4共同构成了真核生物核小体的八聚体核心。研究发现组蛋白H3的多种翻译修饰,如甲基化、乙酰化、磷酸化等在调控基因转录过程种发挥了重要的作用。本研究从盐胁迫处理的水稻幼苗组织中分离了一个新的水稻组蛋白H3基因RH3．2A,编码具有136个氨基酸残基的多肽,与多种植物的组蛋白H3蛋白具有高度的氨基酸一致性。多序列比较发现,除了基因结构差异之外,还有3个位置的氨基酸残基（32、88、91）在H3．1与H3．2型组蛋白H3中存在差异。研究了RH3．2A基因在高盐和ABA胁迫下的表达,结果发现在水稻根部RH3．2A基因受高盐的强烈诱导,而在叶片RH3．2A基因的表达则不受高盐诱导,此外RH3．2A基因也受外源ABA的诱导,结合启动子分析的结果,我们认为RH3．2A基因可能参与了依赖于ABA的高盐胁迫应答反应。文章讨论了植物组蛋白H3基因在高盐胁迫应答反应中可能的作用。     

两个小麦磷转运蛋白基因的分离、功能鉴定和表达研究

磷是能量代谢、核酸以及许多生物膜合成的重要底物。在光合作用、呼吸作用等过程中发挥了重要作用。中国大多数小麦产区的土壤存在着缺磷的问题。磷饥饿给小麦生产造成了很大损失。培育耐低磷小麦是解决这一问题的一个重要途径。在磷饥饿的过程中,哪些基因的表达发生了变化．它们是如何变化的,弄清楚这些问题对于培育转基因耐低磷小麦具有重要的意义。磷转运蛋白基因在植物吸收磷的过程中发挥着重要作用。利用RT—PCR的方法,我们从普通小麦“小偃54”中分离了两个磷转运蛋白基因TaPT8和TaPHT2;1。通过与酵母突变体互补分析表明这两个基因都能够与磷吸收功能存在缺陷的酵母突变体实现功能互补,在低磷条件下有促进酵母突变体吸收磷的作用。进一步分析表明TaPT8属于Pht1家族。TaPHT2;1属于Pht2家族。运用RQRT—PCR的方法进行分析后发现TaPT8在根中表达,受磷饥饿的诱导;TaPHT2;1主要在绿色组织中表达,受磷饥饿的抑制,受光的诱导。TaPT8可能主要参与了小麦的根从土壤中吸收磷的过程。TaPHT2;1可能在磷从细胞质向叶绿体内转运的过程中发挥了重要作用。     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素.在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化.为研究水稻(Oryza sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库.通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因.这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应.Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应.     

水稻小G蛋白OsPra2基因的克隆及功能分析

利用micro array 技术对水稻幼苗在营养胁迫条件下根部基因表达的研究中发现: 一个与豌豆Pra2(小G蛋白)基因有同源性的基因的RNA水平在营养胁迫后再补充营养时, 表达量下降。用RT-PCR和PCR方法分别获得该基因的cDNA克隆—OsPra2和该基因翻译起始位点上游1 kb的启动子序列。OsPra2基因编码的蛋白质具有结合GTP/GDP的4个保守结构域和构成小G蛋白Rab家族的特有的结构域。该基因cDNA与GST蛋白基因融合表达载体在洋葱表皮细胞中的瞬间表达结果显示该蛋白定位在在细胞膜和细胞核上, OsPra2基因启动子与GUS报告基因融合表达转基因水稻显示该基因启动子驱动GUS在胚芽鞘和根中表达, 35S启动子驱动OsPra2基因过表达转基因水稻与野生水稻株型相比明显矮化, 类似BR缺陷型植物株型。本实验还对OsPra2和P450蛋白的相互作用及在BR代谢途径中的可能作用进行了分析。     

水稻液泡ATPase B亚基基因的克隆及其在低磷胁迫下的表达特征分析

利用抑制性扣除杂交（SSH）技术构建水稻（Oryza sativa L.）根系饥饿诱导cDNA文库,获得编码液泡ATPase（V-ATPase）B亚基的克隆,通过反转录PCR方法获得该基因的完整序列。该基因编码487个氨基酸,含有一个保守的ATP结合位点,其蛋白分子量为54.06kD,等电点为4.99。Southern印迹表明,V-ATPase B亚基基因在水稻基因组中以单拷贝形式存在。氮基酸同源性分析发现,V-ATPase B亚基是一个较为保守的蛋白亚基,其序列变化伴随生物的进化过程同步进行。Northern印迹表明,V-ATPase B亚基在水稻根系中受到磷饥饿诱导表达,磷饥饿6～12h出现表达高峰,而在叶片中表达有所滞后（24～48h）,在缺磷环境条件下,ATPase B亚基可能通过提高其表达量,进而提高质子转运活性,形成跨膜的电化学梯度,为体内储备磷跨液泡膜运输提供能量,从而提高植物体内磷的利用效率及其耐低磷的能力。     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素。在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化。为研究水稻(Oryzn sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库。通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因。这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应。Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应。     

环境因子胁迫下水稻翻译延伸因子1A基因的诱导表达

利用差异显示ＰＣＲ 技术（ＤＤ＿ＰＣＲ） 比较了籼稻（ Ｏｒｙｚａｓａｔｉｖａ Ｌ．ｓｓｐ．ｉｎｄｉｃａ）“窄叶青８ 号”幼苗在盐胁迫与正常生长条件下基因表达的差异,克隆了水稻翻译延伸因子１Ａ 蛋白（ｅＥＦ１Ａ） 基因家族中的一个新的成员（ 称为ＲＥＦ１Ａ） 。利用Ｎｏｒｔｈｅｒｎ 杂交对环境因子胁迫下该基因的表达进行了分析,结果翻译延伸因子１Ａ 基因在水稻幼苗中的表达明显受盐胁迫和ＡＢＡ胁迫所诱导,且ＡＢＡ 胁迫处理对该基因转录的诱导要早于盐胁迫的诱导作用。此外,干旱（１５％ ＰＥＧ６０００） 处理、冷胁迫（４ ℃）和热激（３７ ℃） 对水稻翻译延伸因子１Ａ 基因的转录均有明显的诱导作用。上述结果说明翻译延伸因子１Ａ基因的诱导表达可能是水稻细胞对逆境胁迫的一种适应性反应     

水稻磷酸盐转运蛋白基因的克隆、表达及功能分析

以水稻叶片为材料, 设计一对特异引物, 获得了编码磷酸盐转运蛋白基因OsPT6:1. 聚类和氨基酸保守位点分析指出该基因可能为水稻高亲和力磷酸盐转运蛋白编码基因. 原位杂交与RT-PCR表达结果确定此基因在根与叶片中均表达, 尤以低磷诱导下叶片的叶肉细胞表达量最高. 同源重组表明该基因的表达可以提高毕氏酵母对磷素的吸收效率, 同时其基因的导入可以使高亲和力磷酸盐转运蛋白缺失的酵母突变体的磷素吸收功能得以恢复. 以上结果表明, OsPT6:1为水稻高亲和力磷酸盐转运蛋白的编码基因.     

水稻硅转运蛋白研究进展

硅是促进水稻生长和维持持续生产的重要营养元素,它有助于提高植物抗病虫害、抗倒伏以及抗生物和非生物胁迫的能力。硅能改善水稻的形态结构,提高产量和品质,还可以提高氮、磷利用率,减轻一些重金属的毒害作用。综述了水稻硅吸收运输有关的输入转运蛋白Lsi1、输出转运蛋白Lsi2和运输蛋白Lsi6表达和功能。同时,对这些转运蛋白的应用前景进行了展望。     

与高等植物吸收(NO_3)~-/(NH_4)~+、(PO_4)~(3-)和K~+有关的膜转运蛋白编码基因的分子生物学研究现状

高等植物对土壤中营养元素的吸收是其一切生命活动过程的基础,尤其在营养元素缺乏的状态下,更与其抗营养饥饿等特性息息相关。兼于土壤中Ｎ、Ｐ、Ｋ元素缺乏的严重性与普遍性,以及Ｎ、Ｐ、Ｋ对高等植物生长和发育的重要性,有关高等植物吸收营养元素的膜转运蛋白编码基因的分子生物学研究已引起有关学者的高度重视。ＮＯ－３／ＮＨ＋４、ＰＯ３－４与Ｋ＋膜转运蛋白均有低亲和力和高亲和力系统（ＬｏｗＡｆｉｎｉｔｙＴｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ＆ＨｉｇｈＡｆｉｎｉｔｙＴｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ）。对ＰＯ４３－和Ｋ＋而言,低亲和力系统是组成性表达的系统,在正常营养状态下对根系吸收营养起重要作用。而高亲和力系统是受营养缺乏而诱导表达的系统,对于植物的抗逆性、耐营养饥饿至关重要。迄今为止,与之有关的基因的全长ｃＤＮＡ或全基因已在几种植物中被克隆。此外,对基因的表达特性亦有广泛研究。本文简要概述这三大营养元素的膜转运蛋白编码基因的分子生物学研究现状。