枸杞液泡膜H^+-转运焦磷酸酶基因LbVP1克隆及表达分析北大核心CSCD

液泡膜H^+-转运焦磷酸酶在调节植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。本研究在已构建的枸杞本地数据库中先进行VP基因电子克隆,然后结合RT-PCR方法克隆到一个枸杞液泡膜H^+-转运焦磷酸酶编码基因LbVP1,并对其序列结构、时空表达模式进行了初步分析。LbVP1开放阅读框全长2301 bp,编码766氨基酸残基。多序列比对显示该基因与拟南芥AVP基因相似性达87.9%,序列结构生物信息学预测和亚细胞定位实验表明,该基因具有液泡膜H^+-转运焦磷酸酶的保守结构域和跨膜区,可能在液泡膜发挥作用。荧光定量PCR结果显示,LbVP1在花、叶和不同发育阶段果实中存在时空表达差异,干旱胁迫处理下叶片和果实中该基因表达量与对照存在(极)显著差异(P<0.01,P <0.05)。研究结果将为阐明该基因在枸杞抗旱分子调控机制中的作用提供基础理论依据。     

刚毛柽柳液泡膜H~+-PPase基因的克隆与胁迫下的表达分析

通过对刚毛柽柳转录组分析,鉴定获得1个液泡膜H~+-PPase基因的cDNA序列,命名为ThVP1。该cDNA序列全长3 022bp,开放阅读框为2 298bp,编码765个氨基酸,编码蛋白相对分子质量80.37kD,理论等电点5.25。ThVP1编码蛋白的疏水性较强,含有13个跨膜区。氨基酸多序列比对结果显示,ThVP1具有典型的液泡膜H~+-PPase家族3个高度保守片段(CS1、CS2和CS3),与大豆VP1氨基酸序列一致性最高,为93%。系统进化分析表明,ThVP1属于I型液泡膜H~+-PPase基因。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NaCl和PEG胁迫下,ThVP1在柽柳根和叶中均呈现明显上调表达,表达量最高达到对照的20.9倍,暗示ThVP1可能在刚毛柽柳抗旱耐盐过程中发挥重要作用。     

马蔺IlVP基因片段的克隆及序列分析

根据已报道的其他植物H+-PPase基因的保守序列设计一对简并性引物,以马蔺幼根总RNA为模板,采用RT-PCR方法克隆出马蔺H+-PPase基因片段并克隆到p UCm-T载体,命名为Il VP。阳性克隆经PCR鉴定后进行测序,序列分析结果表明:该基因片段长度为893 bp,编码297个氨基酸,所得到的序列与Gen Bank中注册的高等植物液泡膜H+转运无机焦磷酸酶(H+-PPase)核苷酸碱基排列顺序的同源性均在70%以上、氨基酸序列的同源性达79%以上。这为马蔺Il VP全长基因的克隆及其耐盐分子机理的研究奠定基础。     

灰绿藜液泡膜焦磷酸酶基因的克隆及表达分析

采用同源克隆的方法,获得盐生植物灰绿藜的液泡膜焦磷酸酶基因(VP1)全长cDNA,命名为CgVP1。生物信息学预测分析表明,CgVP1基因包含一个2 292bp的开放阅读框,编码763个氨基酸。CgVP1不仅具有与植物液泡膜焦磷酸酶共有的氨基酸序列DVGADLVGKVE,而且CgVP1与其它植物的VP1相似性达86%。跨膜结构域预测显示,CgVP1氨基酸序列含有12个跨膜螺旋区,可能定位于细胞膜系统上。RT-PCR检测表明,200mmol/L NaCl条件下萌发生长的灰绿藜,再进行800mmol/L NaCl胁迫处理24h后,CgVP1基因表达显著增强。不同浓度KCl、CaCl2、MgCl2分别处理24h,KCl和MgCl2浓度增高,CgVP1基因表达下降,CaCl2则不影响CgVP1基因表达。研究结果表明,灰绿藜CgVP1基因表达对不同种类盐胁迫响应不同,NaCl胁迫可以上调CgVP1基因表达。该研究结果有助于阐明盐胁迫对盐生植物灰绿藜CgVP1基因表达的调控作用。     

互花米草NHX2基因的克隆与功能鉴定

NHX2属于CPA1基因家族,编码Na~+/H~+逆向转运蛋白,控制液泡膜中活性K~+的摄取,同时调节气孔的关闭。该研究以耐盐植物互花米草为材料,采用PCR技术克隆NHX2基因,并将其转入拟南芥进行相关功能鉴定。结果显示:(1)成功克隆获得互花米草NHX2基因CDS序列(1 602 bp),命名为SaNHX2,该基因编码533个氨基酸,SaNHX2蛋白的分子量约为58.65 kD,定位于细胞核和细胞膜,表明SaNHX2基因可能发挥转录调控的功能。(2) qRT-PCR结果显示,在ABA、NaCl和干旱胁迫处理下,互花米草叶和根中SaNHX2基因的表达量均上调。(3)为进一步鉴定其功能,成功构建植物表达载体,将SaNHX2基因转入拟南芥;经RT-PCR检测结果显示,SaNHX2基因在转基因植株中过表达;高盐胁迫处理后,转SaNHX2基因拟南芥的主根长度、叶绿素总量和相关胁迫应答基因表达量均高于转空载拟南芥,表明转SaNHX2基因拟南芥的耐盐能力显著增强。研究表明,SaNHX2基因可能在盐胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良农作物耐盐的重要候选基因。     

刚毛柽柳Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

通过对刚毛柽柳(Tamarix hispida)转录组分析,鉴定获得一个Na~+/H~+逆向转运蛋白基因,命名为Th SOS1。Th SOS1基因c DNA全长3 917 bp,开放阅读框长3 498 bp,编码1 165个氨基酸,编码蛋白相对分子质量128.8 k Da,理论等电点(PI)为6.42。疏水性分析预测Th SOS1基因编码蛋白N端具有10个跨膜结构域,C端具有一个较长的亲水尾部。Th SOS1氨基酸序列与长叶红砂、藜麦、盐地碱蓬等植物的SOS1序列同源性较高,分别可达92%,73%,72%。系统发育分析表明Th SOS1为质膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白,与液泡膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白属于不同分支。实时荧光定量RT-PCR分析显示,该基因受高盐、干旱诱导上调表达,暗示Th SOS1可能在刚毛柽柳抗旱耐盐过程中发挥重要作用。     

NaCl胁迫对高粱根、叶鞘和叶片液泡膜ATP酶和焦磷酸酶活性的影响

NaCl胁迫初期 ,Na 主要在根和叶鞘中积累。相应地 ,根和叶鞘液泡膜ATP酶和焦磷酸酶水解活性、依赖ATP和PPi的质子泵活性及Na /H 逆向转运活性均明显增加 ,根和叶鞘的生长没有受到抑制。NaCl胁迫后期 ,Na 开始向地上部分运输并在叶片中积累。此时 ,叶片液泡膜质子泵和Na /H 逆向转运活性开始增加 ,根和叶鞘的Na/K比增加 ,其液泡膜ATP酶和焦磷酸酶水解活性、质子泵活性和Na /H 逆向转运活性下降。相应地 ,根和叶鞘的生长也下降。当保温介质中Na/K比超过 1时 ,液泡膜微囊ATP酶和焦磷酸酶活性均随Na/K比的增加而下降。表明非盐生植物液泡膜质子泵在盐胁迫的初期对Na 在液泡内的积累及其耐盐性起重要作用     

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。     

长叶红砂液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特性

为研究长叶红砂(Reaumuria trigyna)离子转运分子机制,利用RT-PCR和RACE技术,克隆到其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(NHX1)的全长cDNA片段,命名为RtNHX1(NCBI序列号为KR919802)。结果表明:RtNHX1的cDNA片段全长2 622bp,开放阅读框1 662bp,5′非编码区509bp,3′非编码区451bp,编码553个氨基酸,推测分子量为60.91kD。该蛋白含有12个跨膜结构域,为疏水蛋白,与其他植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白NHX1的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR对其在NaCl胁迫下的表达检测显示,不同时间和不同浓度NaCl胁迫下,RtNHX1表达量变化均呈先升高后降低趋势,在100mmol/L NaCl胁迫6h和200mmol/L NaCl胁迫后达到最高,表达量分别超过或约是对照的3倍,一定程度反应出RtNHX1参与长叶红砂的盐胁迫应答,是该植物离子转运体系的重要元件。     

甲基戊糖梭菌膜整合焦磷酸酶提高转基因烟草的抗旱性

由焦磷酸(PPi)驱动的膜整合焦磷酸酶(PPase)在生物适应逆境方面可能起着重要作用,包括H~+-PPase、Na~+-PPase和Na~+,H~+-PPase三个亚家族。相比于H~+-PPase,其它两个亚家族PPase近年来才在原核生物(特别是动物肠道菌)中被发现,有关它们的应用研究更是匮乏。通过两轮巢式PCR从人肠道宏基因组中扩增得到甲基戊糖梭菌膜整合焦磷酸酶(CmPP)全长基因。序列分析表明该基因含有一个完整的ORF(长2 100 bp,编码一个699 aa的蛋白质,G+C含量为59.9%,碱基分布均衡)。膜拓扑学结构预测CmPP是一个由16个跨膜α螺旋组成的膜蛋白,与目前已鉴定过的膜PPase跨膜结构相符。序列比对分析推测CmPP属于K+依赖型Na~+,H~+-PPase亚家族成员。另外,通过农杆菌转化获得了CmPP转基因烟草。对其子一代植株的抗旱分析发现,在干旱胁迫条件下CmPP转基因株系的干物质含量、总叶绿素含量和根系活力均下降,而其叶片MDA含量和电解质渗透率均升高,但相同胁迫下的变化程度都显著低于野生型烟草。这些结果表明CmPP基因的导入能够有效提高烟草的抗旱能力。     

灰绿藜液泡膜焦磷酸酶基因（CgVP1）过表达提高拟南芥的耐盐性。

克隆获得包含完整开放阅读框（0RF）的灰绿藜液泡膜焦磷酸酶基因（CgVP1）cDNA序列,构建成基因表达载体pCAMBIA1301．1-CgVPl后,利用根癌农杆菌介导的花序浸染法转化拟南芥,再以抗性筛选方法获得了T3代纯合的转基因植株,经检测外源目的基因已经整合到拟南芥基因组中并能正常表达。分析结果表明,在拟南芥中过表达劬VP1基因后提高了植株抗盐胁迫的能力。     

超表达AVP1基因提高甜菜的耐低磷和耐盐抗旱性

为探讨H⁺-焦磷酸酶编码基因对甜菜磷吸收和抗性的影响，实现优良基因在甜菜基因工程中的利用，研究在甜菜中超表达拟南芥液泡膜H⁺-焦磷酸酶编码基因AVP1,对转基因甜菜分析其耐低磷、耐盐性和抗旱性。结果显示，AVP1基因在甜菜植株的叶片和块根中表达，且在逆境胁迫下增强表达量响应胁迫；低磷处理条件下，转基因甜菜与野生型甜菜相比具有更高的含磷量，可提高甜菜对磷的吸收利用效率；干旱、盐胁迫处理条件下，AVP1基因在转基因甜菜中显著上升，在盐胁迫或干旱处理条件下，转基因植株的生长受抑程度相对较轻。随着盐和干旱胁迫的加剧，转基因植株体内MDA含量与野生型植株相比较低而脯氨酸含量显著增加，AVP1基因可通过减轻逆境对甜菜细胞膜的损伤及提高甜菜细胞的渗透调节能力，进而增强甜菜对高盐和干旱胁迫的抗性。     

胡杨液泡膜微囊的纯化及其质子转运活性

 为进一步研究液泡膜及 H+ - ATP酶在胡杨抵御盐胁迫中所起的作用 ,比较了研磨、捣碎和超声破碎三种细胞破碎方法 ,从悬浮培养的胡杨细胞中制备液泡膜微囊的效果 ;并用差速离心和不连续蔗糖密度梯度离心纯化了胡杨液泡膜微囊 .通过测定 H+ - ATP酶对 NO-3 、VO3-4和 Na N3的敏感性 ,以及焦磷酸酶质子转运活性表明 ,液泡膜微囊主要分布在 0 %～ 2 5%的蔗糖界面上 .捣碎法破碎细胞结合差速离心和蔗糖密度梯度离心可获得正向微囊比例高、封闭性好和酶活性高的液泡膜微囊     

苦豆子液泡膜Na~+/H~+逆向运输蛋白基因SaNHX1的克隆与生物信息学分析

苦豆子(Sophora alopecuroides L.)因其具有很强的耐盐、耐旱、耐高温等功能广泛分布于干旱荒漠区。研究报道植物液泡膜Na~+/H~+逆向运输蛋白对植株耐盐性及耐旱性等具有重要作用。本研究首先对苦豆子种子进行萌发处理,采用改良的异硫氰酸胍法提取苦豆子的总RNA,利用逆转录试剂盒获得苦豆子的cDNA,通过同源克隆法获得了苦豆子液泡膜Na~+/H~+逆向运输蛋白基因的cDNA全长,并对其氨基酸序列及可能的功能进行了生物信息学分析。结果显示,所获得的基因编码548个氨基酸,与豆科植物大豆GlNHX1的一致性最高为86%;二级结构预测显示其具有10个跨膜结构,不含信号肽;对其3D结构预测显示该蛋白是一个富含α螺旋的桶装蛋白质。这些预测结果表明本研究所克隆的基因为苦豆子液泡膜逆向运输蛋白Na~+/H~+基因,这将为荒漠植物苦豆子抗逆基因资源的发掘利用奠定基础。     

菊芋Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

根据同源序列设计简并引物,通过RT-PCR及RACE的方法从菊芋中克隆了Na /H 逆向转运蛋白基因。序列分析表明,该基因全长2148 bp,开放读码框为1647 bp,可编码长549个氨基酸的多肽,与其它植物已克隆的Na /H 逆向转运蛋白具有很高的同源性。系统发育分析表明该蛋白(HtNHX1)与液泡型Na /H 逆向转运蛋白的亲缘关系较近,与质膜型Na /H 逆向转运蛋白亲缘关系较远。NaCl胁迫条件下RT-PCR检测结果表明,HtNHX1随NaCl浓度增加和处理时间延长表达持续增强,但到了第3天表达量开始下降。HtNHX1逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定菊芋耐盐能力的一个重要因素。     

NaCl胁迫高粱根,叶鞘和叶片液泡膜ATP酶和焦磷酸酶活性的影响

ＮａＣｌ胁迫初期,Ｎａ＾＋主要在根和叶鞘中积上应地,根和叶鞘液泡膜ＡＴＰ酶和焦磷酸酶水解活性、依赖ＡＴＰ和ＰＰｉ的质子泵活性及Ｎａ＾＋／Ｈ＾＋逆向转运活性均明显增加,根和叶鞘的生长没有受到抑制。ＮａＣｌ胁迫后期,Ｎａ＾＋开始向地上部分运输并在叶片中积累,此时,叶片液泡膜质子泵和Ｎａ＾＋／Ｈ＾＋逆向转运活性开始增加,根和叶鞘的Ｎａ／Ｋ比增加,其液泡膜ＡＴＰ酶和焦磷酸水解活性、质子泵活性和Ｎａ＾＋／Ｈ     

枸杞L-半乳糖酸内酯脱氢酶基因的克隆及表达分析

以青海枸杞(Lycium barbarum L.)为模板,采用RT-PCR和RACE技术,克隆枸杞L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶(GLDH)基因序列,命名为LbGLDH。LbGLDH基因全长为2 114bp,包含一个开放读码框1 767bp(编码588个氨基酸)、5′末端序列57bp、3′末端序列290bp。LbGLDH基因核苷酸序列与番茄、马铃薯、烟草GLDH基因具有88%~90%的一致性。LbGLDH编码氨基酸序列包含GLDH蛋白酶具备的FAD-binding-4和ALO结构域。qRT-PCR分析结果显示,在枸杞不同组织中LbGLDH基因的表达、抗坏血酸含量和GLDH活性变化趋势相同,表现为在枸杞的花和果实中表达量最高,成熟叶中表达量最少。推测LbGLDH基因表达促进枸杞果实中抗环血酸含量的积累。     

氮素形态对番茄根系液泡膜焦磷酸酶活性的影响

采用超速梯度离心提取液泡膜微囊,研究硝态氮和铵态氮供应情况下番茄（Lycopersicon esculentum L.)根系液泡膜焦磷酸酶活性的变化。结果表明：供应铵态氮番茄根系专一性液泡膜焦磷酸酶活性比供应硝态氮的高37．7％;供应铵态氮根系液泡膜焦磷酸酶转运质子活力也明显高于供应硝态氮根系。Western blot结果表明,供应铵态氮根系液泡膜焦磷酸酶蛋白表达量也明显增加。     

植物Na+/H+反向转运蛋白的研究进展

盐胁迫是限制植物生长发育的主要因素之一,植物Na+/H+反向转运蛋白可通过将Na+逆向转运出细胞外或将Na+区隔化于液泡中来抵制环境中过高的Na+浓度.植物中Na+/H+反向转运蛋白存在于细胞质膜和液泡膜上,现在已得到多种编码这些Na+/H+反向转运蛋白的基因,对其结构功能特性进行了大量研究,并发现将这些基因转入非抗盐植物中过量表达可提高转基因植物的抗盐性.概述了Na+/H+反向转运蛋白及其编码基因的最新研究进展.     

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。