不同浓度Fe~(2+)和Cu~(2+)胁迫对灵芝寡肽转运蛋白基因家族的转录表达水平的影响

前期研究发现在Fe~(2+)和Cu~(2+)胁迫下,OPT基因转录表达水平会有较大的变化。为进一步探究这两种金属对OPT基因的影响,分析了不同浓度Fe~(2+)和Cu~(2+)胁迫下灵芝寡肽转运蛋白基因家族的转录表达水平。以灵芝荣保1号为实验材料,设置不同浓度梯度(0、50、100、200和400 mg/L)Fe~(2+)和Cu~(2+)进行液体静置培养,分别于15 d和30 d收集样品,测定生物量和多糖含量,利用实时荧光定量PCR技术分析OPT基因的转录表达水平。结果表明,Fe~(2+)对灵芝的生长有一定的促进作用,Cu~(2+)则对其有抑制作用。两种金属在实验用的浓度范围内对于灵芝多糖含量在培养前期表现出抑制作用,后期则有一定的促进作用。除未检测到转录本的3个OPT基因(OPT7、OPT8和OPT9),其余OPT基因的转录表达均有差异性。培养前期(15 d),Cu~(2+)胁迫下OPTs基因表达水平较低且差异不明显,Fe~(2+)胁迫下OPTs基因表达水平差异较大;培养后期(30 d),Cu~(2+)胁迫下OPTs基因表达水平较15 d的样品明显增加,且存在差异,Fe~(2+)胁迫下绝大多数OPTs基因均在浓度为200 mg/L下转录表达水平最高。实验证明,不同浓度Fe~(2+)和Cu~(2+)对灵芝的生物量与多糖含量存在不同程度的影响,同时OPT基因在转录水平上也做出了不同的响应,表明其在灵芝适应与吸附外界金属离子的过程起到了重要的作用。     

黄瓜MTP基因家族分析及重金属胁迫下表达特征

该研究以模式物种(拟南芥、水稻、玉米)的MTP序列作为种子序列,对黄瓜MTP基因家族(CsMTP)成员进行了系统鉴定和分析;并以Zn~(2+)、Cd~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(2+)和Mo~(2+)处理后的黄瓜叶片和根系为材料,对CsMTP响应金属离子的表达模式进行了研究,为探究该基因家族对黄瓜重金属胁迫调控机制提供理论依据。结果表明:(1)黄瓜含有10个CsMTP,可进一步分为Fe/Zn-CDF(2个)、Mn-CDF(3个)和Zn-CDF(5个)三个亚家族,Mn-CDF成员含有保守基序DxxxD,Zn-CDF和Fe/Zn-CDFs成员含有保守基序HxxxD,大部分CsMTP成员含有6个跨膜结构域。(2)RNA-seq数据分析表明,CsMTP具备组织特异性表达和响应不同处理的特征,CsMTP11、CsMTP3和CsMTP7在不同组织和处理下普遍高水平表达,且外源化学试剂处理可诱导同一基因的不同表达模式。(3)RT-PCR分析表明,CsMTPs可被不同重金属离子诱导差异表达,包括不是MTP家族潜在底物的重金属。     

S-腺苷甲硫氨酸代谢途径相关基因在小麦水分胁迫中的表达

以小麦品种‘晋麦47’为材料,利用半定量RT-PCR方法,对S-腺苷甲硫氨酸代谢途径中的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因、S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)基因和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(-γECS)基因在正常供水、PEG-6000模拟水分胁迫和复水过程中小麦叶片的表达模式进行了分析。结果表明,3个基因在正常生长情况下有一定量的表达,SAMS和SAMDC基因在水分胁迫早期(PEG-6000胁迫6、12、244、8 h)上调表达,水分胁迫后期(PEG-6000胁迫75 h)表达量下降;复水后3~6 h上调表达,复水9 h后表达量下调至对照水平。-γECS基因在水分胁迫阶段呈上调表达,复水后表达量下调至对照水平。可见,小麦SAMS、SAMDC和-γECS基因的表达都受水分胁迫诱导,同时,SAMS与SAMDC基因还参与水分胁迫后的复水调节,说明S-腺苷甲硫氨酸代谢途径在小麦抗旱节水中具有重要作用。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

芜菁BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因的克隆与表达

该研究以芜菁(Brassica rapa var.rapa)为材料,克隆得到重金属ATP酶(HMA)家族1对同源基因BrrHMA2.1(GenBank登录号:MG_283237)和BrrHMA2.2(GenBank登录号:MG_283238),并对其蛋白质序列特征和基因表达模式进行分析。结果表明:(1)BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因的全长开放阅读框分别为2 619和2 724bp,分别编码872和907个氨基酸;序列结构分析显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白含有6个跨膜区和HMA蛋白家族保守结构域;系统进化树结果显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白与拟南芥HMA家族成员AtHMA2进化关系最近。(2)亚细胞定位结果表明,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白都定位于细胞膜上。(3)qRT-PCR分析表明,芜菁生长初期BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因在叶中的表达量最高;随着生长时间的延长,叶中的表达量逐渐降低,而根中的表达量逐渐增加。(4)研究发现,BrrHMA2.1受Cd~(2+)、Zn~(2+)、Na~+、Mg~(2+)胁迫诱导表达,BrrHMA2.2受Cd~(2+)、Na~+、Cu~(2+)胁迫诱导表达,表明2个基因可能参与这些金属离子的转运过程。该研究结果为进一步研究植物HMA基因在重金属吸收和转运过程中的功能奠定了基础。     

葡萄蔗糖转化酶基因家族的生物信息学及响应逆境胁迫分析

蔗糖转化酶(invertase, INV)在植物生长发育和抵御胁迫中发挥着重要作用。研究从葡萄基因组数据库中鉴定出19个蔗糖转化酶基因,对基因结构和编码蛋白质的理化性质进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术分析基因在不同激素和非生物胁迫条件下的表达特征,为进一步探索葡萄INV基因家族参与葡萄逆境响应提供了一定的理论依据。结果表明,(1)该基因家族编码蛋白的氨基酸长度在150～766 aa之间,理论等电点介于4.43～9.1之间,亚细胞定位预测发现其主要在细胞质中表达,此外液泡和细胞壁也存在部分基因表达;(2)共线性结果显示VvCINV与其他5个物种复制频率较高;(3)保守基序分析表明VvCwINV包含了所有的保守基序,且Glyco＿32和Glyco＿hydro＿100是VvINV基因主要结构域;(4)组织特异性表达分析发现多数基因在葡萄生长发育进程中都有表达;(5)qRT-PCR分析结果显示,VvINV基因家族在叶片中对激素处理和非生物胁迫的响应出现上调,VvCINV1在50 mg/L GA₃和10%PEG处理后上调表达极显著,VvCINV4在盐胁迫、ABA...     

甘薯基因组TCP转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

基于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)全基因组序列,利用生物信息学方法鉴定筛选了全基因组中的TCP(teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子,并分析了甘薯苗期在蔓割病菌胁迫及块根储藏期低温胁迫下TCP基因的表达差异。结果显示,甘薯基因组中共有27个TCP转录因子,其中ClassⅠ13个、ClassⅡ(CIN)8个、ClassⅡ(CYC/TB1)6个。甘薯TCP以单个基因或基因簇的形式不均匀分布在15条染色体上,其中6对基因存在潜在复制关系。甘薯ClassⅡ(CYC/TB1)转录因子含有R结构域,其氨基酸序列较为保守。在TCP家族中共发现10个保守基序(motif),基序的氨基酸序列长度为15~60个,其中motif 1含有TCP结构域,motif 3含有R结构域,TCP转录因子的保守基序种类在组间存在一定差异。逆境胁迫下甘薯的转录组数据分析结果表明,TCP转录因子在苗期受蔓割病侵染后有2个差异表达基因;在块根储藏期受低温胁迫下有11个差异表达基因。     

蓖麻RcACA基因家族鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

自抑制Ca^(2+)-ATPase酶(auto-inhibited Ca2+-ATPase,ACA)作为Ca2+-ATPase的亚家族之一,在植物细胞内维持Ca2+浓度平衡发挥着重要的作用。为探究蓖麻(Ricinus communis)RcACA基因家族的功能及基因表达模式,文中采用生物信息学手段鉴定蓖麻RcACA基因家族成员,预测分析了其基础的理化性质、亚细胞位置、蛋白的二级和三级结构、保守域、保守基序、基因结构、染色体位置及共线关系、进化特征、启动子顺式作用元件,并通过蓖麻转录组数据中的表达量(fragments per kilobase of exon model per million mapped fragments,FPKM)分析RcACA基因在非生物胁迫下的表达模式。结果表明,在蓖麻中共鉴定到8个RcACA基因家族成员,均是酸性蛋白且定位在细胞质膜;所有蛋白的二级和三级结构中α-螺旋和不规则卷曲较多;RcACA基因被聚为3类,同一类别中基因的结构与保守基序相似;均有典型的4个结构域RcACA3–RcACA8,还有1个Ca^(2+)-ATPase N端自抑制结构域(N-terminal autoinhibitory domain);RcACA基因多位于染色体长臂,拥有2对共线关系。RcACA基因编码区上游拥有较多的光响应作用元件,激素诱导类作用元件较少。种间聚类显示ACA基因在物种间的进化是保守的。组织表达模式分析显示,RcACA基因拥有明显的组织表达特异性,且多数基因在雄花中表达量最高;非生物胁迫表达分析表明,RcACA2–RcACA8在高盐和干旱胁迫下均上调表达,RcACA1在低温胁迫的0–24 h上调表达,表明RcACA基因积极地响应非生物胁迫。上述结果为探究RcACA基因在蓖麻生长发育和逆境胁迫中的作用提供了理论参考。     

金属胁迫下灵芝寡肽转运蛋白基因家族的转录表达

【目的】寡肽转运蛋白(Oligopeptide transporters,OPTs)通过细胞质膜,将细胞外环境中的物质转入细胞内,从而参与各种生理活动。植物中OPTs蛋白参与金属运输和分配,从而促进植物对金属的利用和适应,但真菌中OPTs是否参与这一过程的相关报道较少。探究OPTs是否在灵芝对金属的适应过程中发挥作用。【方法】以灵芝荣保1号为材料,利用平板实验分析不同浓度的Cu2+、Fe2+和Se4+对菌丝体生长和生物量的影响,并采用实时荧光定量PCR分析不同金属离子胁迫下,两个培养阶段(15 d和30 d)灵芝寡肽转运蛋白基因(OPTs)的转录表达水平。【结果】Cu2+、Fe2+和Se4+三个金属离子在实验使用的浓度范围内抑制灵芝菌丝体的生长量和生物量,且在相同处理条件下的生长量与生物量的变化趋势相同。荧光定量PCR结果显示,除未检测到转录本的3个基因(OPT7、OPT8和OPT9),其余10个基因均表现出了差异性表达模式。在培养前期(15 d),有6个寡肽转运蛋白基因(OPT1、OPT3-6和OPT10)的相对表达量在Cu2+的胁迫下发生上调,而在Fe2+和Se4+的胁迫下,所有的OPTs基因的表达量均被下调。在培养后期(30 d),Se4+胁迫下的OPTs基因的表达量仍旧被下调,而Cu2+和Fe2+的胁迫下表达量均显著上调。【结论】金属能够在不同的程度上影响灵芝的生长量和生物量,同时寡肽转运蛋白基因对这些金属胁迫在转录水平上做出了响应,表明寡肽转运蛋白基因可能在灵芝对金属的适应过程中发挥作用。     

沙棘HrTCP转录因子家族鉴定及其干旱胁迫下的表达分析

TCP家族是植物特有的响应高盐、干旱等非生物胁迫的重要转录因子。该研究基于沙棘转录组数据,利用生物信息学与qRT-PCR对HrTCP转录因子家族进行鉴定,预测其家族成员的结构和功能,为解析TCP转录因子调控沙棘抵御干旱胁迫的作用机制奠定基础。结果表明:(1)获得了11个HrTCP转录因子成员,并命名为HrTCP2/4/7/8/11/13/15/17/18/19/20,编码氨基酸序列长度在218～590之间,蛋白质相对分子量为23.44～61.78 kD;亚细胞定位预测发现,除HrTCP13/17/18蛋白定位于细胞质,其余8个蛋白均定位于细胞核。(2)在干旱(15%PEG-6000)和高盐(200 mmol/L NaCl)胁迫后HrTCP4/7/19/20基因表达量呈不同程度上升趋势,其中HrTCP20表达量极显著高于对照,分别是对照的24倍与23倍。(3)外源激素脱落酸(0.1 mmol/L ABA)和茉莉酸甲酯(0.1 mmol/L MeJA)处理后,HrTCP7/19/20基因表达量也均呈上升趋势,其中,ABA诱导下HrTCP19基因表达量达到最高,是对照的16倍,而MeJA诱导下HrTCP20基因表达量上升最高,是对照的5倍。研究发现,HrTCPs转录因子家族成员可受干旱、高盐和激素诱导表达,进而调控沙棘对干旱胁迫的响应。     

Metal(loid)-Contaminated Soils as a Source of Culturable Heterotrophic Aerobic Bacteria for Remediation Applications

Heavy metal–contaminated soils are a serious environmental problem. Herein, the culturable heterotrophic bacterial community present on two metal(loid)-contaminated sites in the Northern Portugal was investigated. The bacterial counts ranged from 5.96 to 7.69 and 7.04 to 7.51 (log CFU g^?1 soil) in Sites 1 and 3, respectively. The bacterial population was predominantly composed of Firmicutes, Proteobacteria, and Actinobacteria on both sites. The most represented genera in Site 1 were Bacillus (41%) and Pseudomonas (27%), whereas Arthrobacter (21%) and Pseudomonas (13%) were the most represented genera in Site 3. Several bacterial isolates showed tolerance to high concentrations of metal(loid)s, suggesting that both contaminated sites are a valuable source of metal(loid)-tolerant bacteria, which may be further used in bioremediation and/or phytoremediation processes.     

Tris(pyrazol-1-yl)borate and tris(pyrazol-1-yl)methane: A DFT study of their different binding capability toward Ag(I) and Cu(I) cations

Density functional theory has been used to study the electronic structure of [M(tp)] and [M(tpm)]⁺ conformers (M = Cu, Ag; tp = tris(pyrazol-1-yl)borate anion, tpm = tris(pyrazol-1-yl)methane) and the energetics of their interconversions. Results for the free tp ligand are similar to those of tpm [M. Casarin, D. Forrer, F. Garau, L. Pandolfo, C. Pettinari, A. Vittadini, J. Phys. Chem. A 112 (2008) 6723], indicating an intrinsic instability of the tripodal conformation (κ³-like). This points out that, though frequently observed, the κ³-coordinative mode is unlikely to be directly achieved through the interaction of M(I) with the κ³-like tp/tpm conformer. Analogously to the [M(tpm)]⁺ molecular ions, the energy barrier for the κ²-[M(tp)] → κ³-[M(tp)] conversion is computed to be negligible. Though κⁿ-[M(tp)] and κⁿ-[M(tpm)]⁺ (n = 1, 2, 3) have similar metal-ligand covalent interactions, the negative charge associated to the tp ligand makes the M-tp bonding stronger.     

Peptide uptake in the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum: characterization of two di- and tripeptide transporters (HcPTR2A and B)

Constraints on plant growth imposed by low availability of nitrogen are a characteristic feature of ecosystems dominated by ectomycorrhizal plants. Ectomycorrhizal fungi play a key role in the N nutrition of plants, allowing their host plants to access decomposition products of dead plant and animal materials. Ectomycorrhizal plants are thus able to compensate for the low availability of inorganic N in forest ecosystems. The capacity to take up peptides, as well as the transport mechanisms involved, were analysed in the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum. The present study demonstrated that H. cylindrosporum mycelium was able to take up di- and tripeptides and use them as sole N source. Two peptide transporters (HcPTR2A and B) were isolated by yeast functional complementation using an H. cylindrosporum cDNA library, and were shown to mediate dipeptide uptake. Uptake capacities and expression regulation of both genes were analysed, indicating that HcPTR2A was involved in the high-efficiency peptide uptake under conditions of limited N availability, whereas HcPTR2B was expressed constitutively.     

Determination of superoxide dismutase-like activity in some divalent metal saccharinates

The superoxide-dismutase-like activity of a series of divalent metal saccharinates of general stoichiometry [M^II(Sac)₂(H₂O)₄]·2H₂O (with M^II=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn) has been investigated using the nitroblue tetrazolium O ₂ ⁻ reduction assay. The results show that all these complexes possess the capability to dismutate the superoxide anion generated in the xanthine/xanthine oxidase system. Interestingly, the greatest activity is shown by the corresponding copper complex. The results are discussed and compared with those obtained for native superoxide dismutase, which was tested under the same experimental conditions. Dedicated to Prof. Pedro J. Aymonino on the occasion of his 65^th birthday.     

Electrogenerated chemiluminescence properties of bisalicylideneethylenediamino (salen) metal complexes

The spectroscopy, electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence (ECL) of eight bisalicylideneethylenediamino (salen) metal complexes are reported. Two of the complexes contain an unsubstituted salen ligand and either cobalt(II) or nickel(II). The others have 1,2-cyclohexanediamonio-N,N′-bis(3,5-di-t-butylsalicylidene) as the ligand, and chromium(III), aluminum(III), cobalt(II), cobalt(III) or manganese(II) as the metal center. The complexes have lowest energy absorption maxima between 350 and 430 nm. When excited at these wavelengths, the complexes emit between 417 and 594 nm in acetonitrile. Photoluminescence efficiencies (?_em) were between 0.0310 and 23.8 compared to Ru(bpy)₃²⁺ (bpy = 2,2′-bipyridine; ?_em = 1), with the aluminum complexes displaying the most intense photoluminescence. Both reversible and irreversible oxidative electrochemistry is displayed by the metal–salen complexes with oxidation potentials ranging between +0.152 and +1.661 V versus Ag/AgCl. The ECL intensity peaks at a potential corresponding to oxidation of both TPrA and the salen systems, indicating that both are involved in the ECL reaction sequence. ECL efficiencies (?_ecl) were between 0.0018 and 0.0086 when compared to Ru(bpy)₃²⁺ (?_ecl = 1) in acetonitrile (0.05 M tri-n-propylamine (TPrA) as an oxidative–reductive ECL coreactant). Also, qualitative studies using transmission filters suggest that the complexes emit ECL in approximately the same region as their photoluminescence, indicating that the same excited state is formed in both experiments.