跨膜逆向转运蛋白NHXFS1多克隆抗体的制备及应用

NHXFS1基因是通过DNA家族改组（DNA family shuffling）技术,以拟南芥、水稻和菊花的液泡膜Na＋/H＋逆向转运蛋白基因（NHX1）为亲本获得的活性显著增强的新基因。为制备该蛋白的多克隆抗体,对该蛋白进行跨膜结构分析,选取跨膜蛋白的C末端为靶标,并将其克隆到原核表达载体pET32a中,成功构建了原核融合蛋白pET32a-NHXFS1-抗原表达载体,转化大肠杆菌BL21（DE3）并诱导表达。通过镍柱亲和层析纯化该融合表达蛋白,获得了纯度约为80%的纯化蛋白,用于免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体。ELISA实验表明,该抗体的效价达到1：128 000,提取表达NHXFS1蛋白的酵母液泡经该多克隆抗体Western blot检测,证明该抗体具有较好的NHXFS1蛋白特异性。NHXFS1多克隆抗体的制备为进一步认识NHXFS1新蛋白结构与功能以及植物耐盐分子生物学的研究奠定了基础。     

高粱高亲和硝酸盐转运蛋白NRT2/3基因家族鉴定、表达与DNA变异分析

硝态氮是作物吸收无机氮素的主要形态,硝酸盐转运蛋白2(nitrate transporter 2,NRT2)作为高亲和性的转运蛋白,以硝酸盐作为特异性底物,在可利用的硝酸盐受限时,高亲和性转运系统被激活,在硝酸盐吸收、转运过程中发挥着重要作用。大多数NRT2不能单独转运硝酸盐,需在硝酸盐同化相关蛋白2(nitrate assimilation related protein 2,NAR2)的协助下才能完成硝酸盐的吸收或转运。作物氮利用效率受环境条件影响,品种间存在差异,因此培育高氮素利用效率品种有重大意义。高粱(Sorghum bicolor)具有耐贫瘠特性,对土壤中的氮素吸收和利用效率较高。本研究结合高粱基因组数据库对NRT2/3基因家族成员基因结构、染色体定位、理化性质、二级结构与跨膜结构域、信号肽与亚细胞定位、启动子区顺式作用元件、系统进化、单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)的识别与注释及选择压力进行了全面分析。通过生物信息学分析,筛选出5个NRT2s(命名为SbNRT2-1a、2-1b、SbNRT2-2–4)基因和2个NAR2s(SbNRT3-1–2)基因,较谷子略少。分布在3条染色体上,分为4个亚家族,同一亚族中基因结构高度相似;高粱NRT2/3亲水性平均值均为正值,表明均为疏水性蛋白;α-螺旋和无规则卷曲占二级结构总量的比例大于70%;亚细胞定位均在质膜上,其中NRT2s蛋白不含信号肽,NRT3s蛋白含信号肽;进一步对其跨膜结构域进行分析,发现NRT2s家族成员跨膜结构域个数均大于10个,而NRT3s家族成员跨膜结构域个数为2个;高粱与玉米(Zea mays)NRT2/3s的共线性较好;蛋白结构域显示存在MFS_1和NAR2蛋白结构域,可执行高亲和力硝酸盐转运;系统进化树分析可知,高粱与玉米和谷子的NRT2/3基因亲缘关系更近;基因启动子顺式作用元件分析发现,SbNRT2/3基因的启动子区均具有数个植物激素和逆境应答元件,可以响应高粱生长和环境变化;基因表达热图显示低氮条件下在根诱导表达的是SbNRT2-1a、SbNRT2-1b和SbNRT3-1,推测可在高粱根部表达并调控对硝酸盐的吸收或转运过程。在SbNRT2-4和SbNRT2-1a等发现多个非同义SNP变异;选择压力分析表明,高粱NRT2/3基因家族在进化过程中受纯化选择作用。SbNRT2/3基因表达及蚜虫侵染影响与基因在不同组织中的表达分析结果一致,SbNRT2-1b和SbNRT3-1在感染蚜虫品系5-27sug根部表达显著,高粱蚜虫侵染叶片显著降低了SbNRT2-3、SbNRT2-4和SbNRT3-2的表达水平。本研究初步对高粱全基因组NRT2/3基因家族进行鉴定、表达与DNA变异分析,为高粱氮高效研究提供了基础。     

甜瓜PIN基因家族的鉴定及高温胁迫表达分析

生长素输出载体蛋白PIN(PIN-formed)是调控植物生长素极性运输的重要载体，在植物生长发育过程中发挥重要作用，但PIN蛋白在甜瓜基因组中的成员、性质、染色体分布、系统进化、启动子，以及家族成员在高温胁迫中的表达特性尚不明确。本研究利用生物信息学方法在甜瓜（Cucumis melo）全基因组数据库中筛选鉴定到18个CmPIN成员，编码氨基酸数量在51-642之间，分子量介于5.19-70.30 kD之间，不稳定指数在24.33-48.87之间；主要定位于细胞质膜上，除CmPIN6和CmPIN8无跨膜结构外，其他16个PIN蛋白均具有2-11个跨膜结构域；分布在9条染色体上，均含有1-9个Motif,CmPIN家族成员基因含有1-10个外显子，二级结构主要为α-螺旋和无规则卷曲结构。构建了CmPIN家族成员与拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）、番茄（Solanum lycopersicum）、玉米（Zea mays）的PIN蛋白进化树，将18个Cm PINs聚类为7个亚族，其中亚族Ⅵ中数量最多。启动子顺式作用元件分析显示，甜瓜CmP...     

铁皮石斛Csl基因家族生物信息学及表达分析

通过分析铁皮石斛类纤维素合成酶(cellulase synthase-like, Csl)的氨基酸序列特征,挖掘与多糖合成相关的Csl基因,从而为参与多糖代谢的铁皮石斛Csl蛋白的后续研究提供有力参考。本研究在生物信息学层面,对铁皮石斛21条完整Csl蛋白序列的理化性质、导肽、信号肽、疏水性/亲水性、跨膜结构域、蛋白质高级结构及功能域等进行预测分析,并与拟南芥的Csl蛋白进行了同源比对并构建系统进化树。结果表明,CslD2a/b/c、CslD4、CslG3b为酸性蛋白,其余为碱性蛋白;Leu、Ser、Ala、Phe、Val和Ille等氨基酸是铁皮石斛Csl蛋白的主要氨基酸;铁皮石斛Csl蛋白具有明显的疏水区和亲水区,都存在跨膜结构。蛋白质二级结构的主要元件是α-螺旋、无规则卷曲和延伸链。与拟南芥的进化分析显示,铁皮石斛Csl蛋白基因被分为3大分支,CslA和CslC归为一支,CslB/E/G/H归为一支,CslD归为一支。本研究系统分析了铁皮石斛Csl蛋白的序列特征,可为今后深入研究该蛋白在铁皮石斛多糖代谢上的功能提供参考。     

植物翻译控制肿瘤蛋白的分子结构特征与功能预测分析

翻译控制肿瘤蛋白(The translationally controlled tumor protein,TCTP)是一类广泛存在于动物、植物及酵母中的,在进化上高度保守、与其它任何蛋白家族均未显示出明显的序列同源性的蛋白.采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的拟南芥(Arabidopsis thaliana)、牵牛(Ipomoea nil)、草莓(Fragaria x ananassa)、橡胶树(Heveabrasiliensis)、南瓜(Cucurbita maxima)、卷心菜(Brassica oleracea)的翻译控制肿瘤蛋白的核苷酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质的二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和分析.结果 表明,该基因的全长包括5'、3'非翻译区和一个开放读码框,其编码的蛋白是一个无跨膜结构域,不具转运肽的亲水性蛋白,包括一个β-折叠核心区和一个主要的α-螺旋区,不规则卷曲散布于整个蛋白质中,具有TCTP-1和TCTP-2两个特征结构域.     

几种经济植物UFGT基因的生物信息学分析

本文根据在GenBank中已登录的葡萄、玉米、水稻、草莓、拟南芥和苹果等植物的类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶基因的核苷酸序列和氨基酸序列,应用生物信息学软件预测了其理化性质、疏水性/亲水性、导肽、跨膜结构、卷曲螺旋结构、二级结构、功能结构域及高级结构,并构建了类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶蛋白家族的系统进化树.结果表明这几种植物的UFGT基因核苷酸序列除葡萄存在2个外显子外,其它植物均存在1个外显子.含量最丰富的氨基酸是Leu、Ala、Gly、Val和Ser等,除葡萄、苹果UFGT属于不稳定类蛋白外,其余均属于稳定类蛋白.进一步研究分析表明,这几种植物UFGT蛋白存在明显的疏水区和亲水区、信号肽、跨膜结构以及卷曲螺旋.二级结构组成上比例相似,并且都由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲所组成.它们都存在UDPGT、COG1819和MGT等保守域.除了拟南芥外,其它几种植物都能够通过同源建模建立UFGT蛋白的三维结构.进化分析表明,把它们的UFGT 基因分成5个类群,其中3个大类群,另外陆地棉和野芭蕉的UFGT基因分别单独成一类.本工作将为深入研究该蛋白在植物花、果实和叶片等器官颜色变化中发挥的功能,开展生物大分子结构模拟以及药物设计提供抛砖引玉的作用.     

植物Cation/H~+反向转运蛋白研究进展

CAX是一种通过质子梯度产生的能量运输协调再分配钙离子(Ca2+)等阳离子的转运蛋白,是Ca2+/Cation antiporter(CaCA)大家族的一个分化枝。植物CAXs属于CAX三大类的Ⅰ型CAX。大部分植物CAXs有11个跨膜区(TM)和5个典型的功能域,即N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域。其中NRR存在于大部分CAX中,调节CAX的功能。以下综述了近年来国内外对CAX类蛋白的研究成果与进展,涉及到CAX家族的命名,亚家族的分类,CAX组织表达及亚细胞定位,特别是CAX的转运活性等研究。加强对CAX的研究对调节植物生长、提高农作物养分吸收和减轻土壤中污染物等有重要作用。     

采用TEV酶法进行整合膜蛋白拓扑学分析

为了研究膜蛋白的跨膜结构,进行拓扑学分析是十分重要的.有许多分析膜蛋白拓扑结构的方法,本文采用烟草蚀斑病毒（TEV）酶特异性切割测试蛋白中跨膜片段的前段或后端所插入的tev识别序列EXXYXQ(S/G),如果TEV酶能够切割,表明该序列位于目标蛋白的细胞 质外.将Tev识别序列ENLYFQG 分别插入到拟南芥整合膜蛋白的的跨膜区域,然后转化进入酿酒酵母中. 消解酶(zymolyase)酶破除酵母的细胞壁后,TEV酶消化球状体,最后通过Western免疫印迹法来分析结果.有关该方法的注意事项在结果中进行了讨论.     

几种植物类伐昔洛韦水解酶基因的生物信息学分析

以拟南芥和蓖麻为重点,利用生物信息学对不同植物的类伐昔洛韦水解酶(valacyclovir hydrolase-like,VACVase-Like)蛋白的理化性质、保守结构域、信号肽、跨膜结构域、导肽、亲疏水性、二级结构及三级结构等进行预测和分析,并构建了该家族系统发生树。结果表明,除了可可树属于稳定蛋白外,其余均属于不稳定蛋白。该基因家族均含有明显的信号肽、导肽、跨膜结构和亲疏水结构,且结构组成上相似,属于分泌蛋白,但是对亚细胞定位分析发现,在不同植物中存在和发挥功能部位均不相同。分析结果可为植物VACVase-like的研究提供有价值的信息,为进一步研究其在植物体内的功能和作用机理提供依据。     

乙烯的生物合成与信号传递

乙烯是气体植物激素, 它在植物的生长发育过程中有很多作用。所以了解乙烯的生物合成及其信号转导是非常重要的。二十年来, 通过筛选有异于正常三重反应的突变体, 人们发现了乙烯信号转导的粗略轮廓。在拟南芥中, 有5个受体蛋白感受乙烯, ETR1、ERS1、ETR2、ERS2、EIN4。它们表现出功能冗余, 是乙烯信号的负调控因子, 在植物体内以二聚体的形式存在。ETR1的N端与乙烯结合时需要 铜离子(Ⅰ)的参与。尽管已经发现ETR1有组氨酸激酶活性, 而其它受体有丝氨酸/苏氨酸激酶活性, 但受体参与乙烯信号转导的机制还不是很清楚。受体与Raf类蛋白激酶CTR1相互作用, CTR1是乙烯反应的负调控因子。CTR1蛋白失活使EIN2蛋白活化。EIN2的N端是跨膜结构域, 与Nramp家族金属离子转运蛋白的跨膜结构域类似。EIN2的C端是一个新的未知结构域, 与乙烯信号途径的下游组分相互作用。EIN3位于EIN2的下游, EIN3和EILs诱导ERF1和其它转录因子的表达, 这些转录因子依次激活乙烯反应目的基因的表达, 表现出乙烯的反应。EIN3受到蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调节。由于乙烯是一种多功能的植物激素, 其信号途径与其它信号途径有多重的交叉。     

六种藓类植物茎的比较解剖学研究

通过对6种藓类植物,即褶叶青藓(Brachythecium salebrosum(Web.et Mohr.)B.S.G.)、湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum(Lindb.)Kop.)、侧枝匐灯藓(Plagiomnium maximoviczii(Lindb.)Kop.)、大凤尾藓(Fissidensnobilis Griff.)、大羽藓(Thuidium cymbifolium(Doz.et Molk.)B.S.G.)和大灰藓(Hypnum plumaeforme Wils.)嫩茎和老茎的石蜡切片和显微观察发现,同一藓类植株的嫩茎和老茎,茎结构稳定,不同种藓类植物茎横切面具有不同特征.植物体茎横切面形状、表层细胞的层数、细胞大小和细胞壁厚薄、皮层细胞大小和形状、中轴的有无以及比例等特征可以作为藓类植物的分科分类依据之一.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.