拟南芥PHD-finger蛋白家族的全基因组分析

PHD—finger蛋白是一类广泛存在于真核生物中,在基因转录和染色质状态调控方面有重要作用的锌指蛋白。目前在动物中对PHD—finger蛋白的结构和功能方面的研究较为广泛和深入,而在植物中仅有少数PHD—finger蛋白的功能被阐明。通过SMART和Pfam等数据库分析,我们发现拟南芥中共有70个PHD-finger蛋白,其中大部分PHD—tinger蛋白的功能未知。本文通过生物信息学分析获得拟南芥PHD-tinger家族较为全面的信息,包括基因结构、染色体定位、基因表达、蛋白结构域、系统进化关系等,为深入研究PHD-finger家族蛋白的结构与功能提供了参考。     

植物GH3基因家族的生物信息学分析

植物生长素在植物的生长发育过程中至关重要,GH3基因家族是植物生长素早期应答的成员。本研究采用比较基因组学的方法,利用已经分离的拟南芥GH3(Gretchen Hagen3)蛋白为检索序列,在全基因组水平上搜索拟南芥、水稻、葡萄、白杨和苜蓿的GH3基因的同源序列。最终确定了59个GH3候选基因,其中拟南芥19个,水稻14个,葡萄9个,白杨14个,苜蓿3个。对同源序列作进一步的多序列联配、MEME、ESTs和系统发生表达分析,结果表明:GH3基因家族的基本特征在单双子叶植物分离之前就已经形成;GH3结构域在蛋白质间较保守,可以分为3个亚家族,其中个别蛋白发生了基序丢失;59个同源蛋白中的40个成员找到了ESTs的证据,且表达部位多样,不同成员之间的表达部位存在差异。该研究结果将为植物的GH3基因家族的研究提供参考。     

水稻Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

转录调控因子WRKY超级家族:起源、结构和功能

WRKY蛋白质是一个植物特有的超级转录调控因子家族,在拟南芥和水稻基因组中分别拥有至少74个和97个成员。最占老的WRKY转录调控因子拥有2个高度保守的WRKY结构域,可能起源于15～20亿年前的真核牛物。虽然所有WRKY蛋白质主要通过特异地结合靶基因启动子区域的W盒序列而调控其表达,但各家族成员基因的生物学功能存在着各自的特异性。本文详细总结了WRKY蛋白质在调控植物发育和逆境诱导反应的信号转导途径建立等方面的分子生物学功能。     

转录调控因子WRKY 超级家族: 起源、结构和功能*

WRKY 蛋白质是一个植物特有的超级转录调控因子家族, 在拟南芥和水稻基因组中分别拥有至少74 个和97 个成员。最古老的WRKY 转录调控因子拥有2 个高度保守的WRKY 结构域, 可能起源于15~ 20 亿年前的真核生物。虽然所有WRKY 蛋白质主要通过特异地结合靶基因启动子区域的W 盒序列而调控其表达, 但各家族成员基因的生物学功能存在着各自的特异性。本文详细总结了WRKY 蛋白质在调控植物发育和逆境诱导反应的信号转导途径建立等方面的分子生物学功能。     

拟南芥Rboh基因家族成员的分子和功能学比较（英文）

活性氧(reactive oxygen species,ROS)在植物的信号转导中起着重要的作用。它们参与了植物的生长发育,生物及非生物胁迫和细胞死亡等过程。最近的研究发现呼吸爆发氧化酶(Respiratory burst oxidase homologues,Rboh)是植物ROS的主要生产者。拟南芥Rboh基因家族由10个成员组成,他们编码的蛋白包含6个跨膜结构域、以及C末端的FAD与NADPH亲水结构域和N末端的2个Ca2+结合EF手性结构。本文通过聚类分析发现拟南芥Rboh基因家族成员的三个分枝具有高度的同源性,这说明拟南芥Rboh家族成员间可能存在功能冗余。利用RT-PCR分析了各基因成员的时空表达特性,并对整个家族成员的缺失突变体进行表型分析发现,除了rboh C外,都没有明显的表型变化,这说明拟南芥Rboh C可能在植物发育过程中具有特殊的功能。     

被子植物小热激蛋白家族的比较基因组学分析

小热激蛋白(sHSP)是一类重要的响应外界环境变化以及调控植物生长发育的蛋白家族。基于在睡莲(Nymphaea colorata)、水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和葡萄(Vitis vinifera)中分别鉴定到的33个NcsHSPs、24个OssHSPs、17个AtsHSPs和47个VvsHSPs, 表明sHSP家族可分为12个亚家族, 不同亚家族包含不同的sHSP成员数目、保守基序、基因结构以及复制基因数目。在4种模式被子植物的sHSP成员中共鉴定到12个基因复制事件, 片段复制事件和串联复制事件均与sHSP成员的扩增有关, 且片段复制事件发生的时间早于串联复制事件。在所有sHSP成员中, 拟南芥和葡萄的sHSP成员的同源性最高, 其次为睡莲和葡萄的sHSP成员。sHSP家族在被子植物中可能向更短的氨基酸长度、更小的分子量、更简单的基因结构以及更集中的染色体分布进化。此外, 在睡莲、水稻、拟南芥和葡萄中鉴定了一些可能与调控植物生长发育相关的候选基因。研究结果为4种模式被子植物sHSP家族的比较基因组学研究奠定了重要基础, 并为其它被子植物sHSP家族的研究提供重要参考。     

萝卜TALE转录因子家族的鉴定与分析

TALE (three-amino acid loop extension)转录因子在植物生长发育及细胞分化过程中起重要作用。在多种植物中均已鉴定出TALE转录因子的家族成员,但是萝卜TALE转录因子家族的研究鲜有报道。文中通过生物信息学手段在象牙白萝卜全基因组中鉴定出了分布于9条染色体上的33个TALE家族基因。研究结果显示,该家族中除与拟南芥KNATM同源的基因Rsa10037940外,其余基因均含有编码HOX保守结构域的序列。这些基因含有4–6个外显子。萝卜的33个TALE基因与拟南芥中的17个同源基因存在共线性关系。33个TALE基因启动子区的顺式元件中包含大量逆境响应元件。表达特性分析显示,该基因家族BELL亚家族内有4个基因在根内表达量较高,KNOX亚家族内有2个基因在薹和愈伤中表达量较高。该家族不同亚型成员之间的蛋白3D结构高度相似。编码蛋白均为弱酸、有亲水性。萝卜TALE基因家族在进化上较为保守,分化上与拟南芥存在一致性,与水稻差异较大。本研究为开展萝卜中TALE转录因子的生物学功能研究提供了重要参考。     

植物同源结构域指蛋白在拟南芥等十字花科植物春化作用途径中的功能

春化低温处理可以使拟南芥等十字花科植物提前开花,该过程中涉及到一个重要的植物同源结构域指(PHD-finger)蛋白VERNALIZATION INSENSITIVE3(VIN3)。PHD-finger结构域是真核生物中一种进化保守的锌指结构域,通常参与蛋白质之间的相互作用,特别是对核小体组蛋白进行甲基化、乙酰化、磷酸化等修饰。在春化处理过程中,VIN3及其同源基因编码的蛋白都具有PHD-finger结构域,该结构域通过对开花抑制基因FLOWERING LOCUS C染色质组蛋白进行H3K9、H3K27甲基化、H3K9和H3K14去乙酰化等修饰,调节FLC染色质结构状态,使其从松弛状态转变为高度凝缩状态而关闭其功能,从而影响FLC转录活性进而促进开花。以下综述了拟南芥等十字花科植物春化作用途径中PHD-finger蛋白的功能,并且概述了春化作用机制。     

水稻扩展蛋白家族的生物信息学分析

扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,具有松驰细胞壁和增加细胞壁柔韧性的作用,在植物的生长发育及抗性等方面起到重要的作用。水稻的全基因组序列统计分析显示,水稻扩展蛋白基因家族包含58个成员,分属于A(34)、B(19)、LA(4)和LB(1)4个亚家族,分布在水稻10条染色体上的58个位点,且同一亚家族成员有成簇存在的现象。扩展蛋白基因长度范围为687~1128 bp,编码蛋白质具有保守的结构域,以及保守的半胱氨酸和色氨酸残基。多数情况下,亚家族成员之间的氨基酸一致率小于35%,而同一亚家族成员之间的氨基酸一致率大于35%。在内含子、外显子组成模式上,水稻扩展蛋白呈现明显的亚家族特异性,除个别基因以外,A类基因含有1或2个内含子,B类含有3个内含子,LA和LB类含有4个内含子。密码子使用统计显示,与其他物种相比,水稻中的扩展蛋白具有更多的密码子使用偏好性,有26个高频密码子存在。研究结果展示了水稻扩展蛋白基因家族的基本信息,为深入研究扩展蛋白基因的功能、探讨物种间的进化关系奠定基础。     

HAT3.1, a novel Arabidopsis homeodomain protein containing a conserved cysteine-rich region

Homeodomain proteins have been shown to play a major role in the development of various organisms. A novel Arabidopsis homeodomain protein has been isolated based on its capability to interact with a DNA motif derived from the light-induced cab-E promoter of Nicotiana plumbaginifolia . The homeodomain of this protein, designated HAT3.1, differs substantially from those in other plant homeobox proteins identified so far. Furthermore, HAT3.1 is unique among other Arabidopsis proteins in that it does not contain a leucine zipper motif following the homeodomain. HAT3.1 is further characterized by an N-terminal region that shares substantial sequence similarity with the maize homeodomain protein Zmhox1a. Within this conserved region, the presence of eight regularly spaced cysteine/histidine residues was observed reminiscent of other metal-binding domains. Based on the strong evolutionary conservation of this domain, it is proposed that this region represents a novel protein-motif which is denoted PHD-finger ( p lant h omeo- d omain-finger). In vitro DNA binding studies demonstrated that HAT3.1 is capable of interacting with any DNA fragment larger than 100 bp. Interestingly, a deletion of the N-terminal PHD-finger domain completely abolished DNA binding, suggesting that this region may play an important functional role in protein—protein or protein—DNA interaction. HAT3.1 mRNA was primarily detected in root tissue, implying a regulatory function of this protein in root development.     

The assessment of enriched apoplastic extracts using proteomic approaches

In plant tissues the extracellular environment or apoplast, incorporating the cell wall, is a highly dynamic compartment with a role in many important plant processes including defence, development, signalling and assimilate partitioning. Soluble apoplast proteins from Arabidopsis thaliana, Triticum aestivum and Oryza sativa were separated by two‐dimensional electrophoresis. The molecular weights and isoelectric points for the dominant proteins were established prior to excision, sequencing and identification by matrix‐assisted laser‐desorption ionisation time of flight mass spectrometry (MALDI ‐ TOF MS). From the selected spots, 23 proteins from O. sativa and 25 proteins from A. thaliana were sequenced, of which nine identifications were made in O. sativa (39%) and 14 in A. thaliana (56%). This analysis revealed that: (i) patterns of proteins revealed by two‐dimensional electrophoresis were different for each species indicating that speciation could occur at the level of the apoplast, (ii) of the proteins characterised many belonged to diverse families reflecting the multiple functions of the apoplast and (iii), a large number of the apoplast proteins could not be identified indicating that the majority of extracellular proteins are yet to be assigned. The principal proteins identified in the aqueous matrix of the apoplast were involved in defence, i.e. germin‐like proteins or glucanases, and cell expansion, i.e. β‐D‐glucan glucohydrolases. This study has demonstrated that proteomic analysis can be used to resolve the apoplastic protein complement and to identify adaptive changes induced by environmental effectors.     

A Comparison of the Sucrose Transporter Systems of Different Plant Species

Abstract: The sucrose uptake behaviour of many different plant species is characterised by the presence of at least two components with distinct kinetic properties. These include at least one high-affinity and one low-affinity transport system. All known sucrose transporters from higher plants fall into one of three large subfamilies, according to phylogenetic analysis. Apparently, the largest subfamily, the SUT1 subfamily, exclusively consists of high-affinity sucrose transporters from dicotyledons, whereas none of the transporters from monocotyledonous plants groups within this subfamily. The other two subfamilies of sucrose transporter-like proteins are either low-affinity transporter or putative sucrose-sensing proteins. Most of the known sucrose transporters from monocotyledons are closely related to the SUT2 subfamily and include high-affinity transporters, suggesting a different evolutionary origin of dicotyledonous and monocotyledonous sucrose transporter gene families.