植物脱水素研究进展

植物脱水素是八十年代末发现的一个大的蛋白质家族,它在植物抗逆和种子形成过程中发挥着重要的作用,本文就脱水素的组织和亚组织定位、结构、表达及作用机理等方面做了简要介绍。     

非生物胁迫下植物脱水素的研究进展

脱水素是LEA蛋白中的一类,广泛存在于植物的各个组织器官及植物胚胎发育后期.脱水素是植物在受低温、干旱和高盐等非生物逆境胁迫时合成的一类高亲水性保护蛋白,具有保护核酸、胞内蛋白和膜结构免受损害的功能.许多研究已经证实在非生物胁迫下,植物脱水素的表达与积累和植物抗逆性之间存在着紧密的联系.对脱水素的结构、亚细胞定位、基因表达模式及非生物胁迫下脱水素作用的最新研究成果进行了综述.     

脱水素研究进展

脱水素(dehydrin)是植物体内的一种LEA蛋白,能够在植物胚胎发育后期以及逆境下大量表达,广泛存在于植物界。它是具有高度热稳定性的亲水性蛋白,有三类非常保守的区域,即K,Y和S片段。依据这三类片段的组成情况,可将脱水素分为5个基本类别。脱水素可通过多种转运方式定位于植物细胞的不同部位,以行使其功能。其基因的表达存在依赖ABA和不依赖ABA两种途径,并且受到多种环境因素的影响,能稳定细胞膜和许多大分子的结构以避免脱水对细胞造成的伤害。近年来,脱水素的结构和组成、在细胞中的定位及转运、基因的表达与调控、功能与作用机理等方面的研究已取得了很大的进展。     

脱水素在植物低温胁迫响应中的作用

脱水素(dehydrin)是一类胚胎发育后期丰富蛋白(LEA.late embryogenesis abundant proteins),含有富含赖氨酸的K片段,属于具有高度热稳定性的亲水性蛋白,在植物脱水条件下能保护细胞内蛋白质和膜结构免受破坏.低温胁迫下,耐低温植物细胞内部会发生一系列的生理生化反应来抵御低温所造成的伤害.很多研究表明植物脱水素的表达和积累与多种双子叶植物(包括草本和木本植物)以及冬季栽培的禾本科植物品种(特别是小麦和大麦)的耐低温能力密切相关.本文对近年来国内外关于脱水素的结构、功能以及内源ABA(abscisie acid)含量、拟南芥CBF(C-repeat binding factor)同源转录激活因子、春化基因、光周期信号等对脱水素基因的表达调控机制进行综述.     

植物脱水素的结构和功能

脱水素（DHN）属于LEA蛋白（late embrygenesis abundant protein）第二家族成员,具有广泛的生物学功能,如防止细胞脱水,稳定细胞膜,结合金属离子,清除羟基自由基防止膜脂过氧化,保护冷敏感性酶活性,作为分子伴侣和结合DNA／RNA的特性等。本文介绍脱水素的结构,在植物器官、组织和亚细胞中的定位以及功能的研究进展。     

植物的低温蛋白

综述了与植物耐冻性有关的一些植物内源蛋白质或多肽 ,包括低温防护蛋白、抗冻蛋白、植物脱水素、膜关联耐冻性多肽蛋白质。结果表明 ,植物的耐冻性与其低温蛋白 (cold induced proteins)有着密切的关系 ,并指出了抗冻蛋白行使功能的两种可能的作用方式。同时 ,耐冻性与除低温外的其它环境胁迫因子的植物抗性如抗干旱、抗病虫、高盐耐性、乙烯耐性等密切相关     

植物细胞的抗脱水反应及其重要蛋白产物

研究植物细胞的抗脱水反应具有十分重要的意义。首先,脱水是许多植物特别是重要农作物生长过程中面临的主要胁迫之一,开展细胞的抗脱水研究事关用基因工程手段培育抗旱植物新种质的基础理论。其次,低温是许多植物生长过程中面临的另一个重要胁迫,研究表明,植物细胞的脱水反应和低温反应有共同的过程,     

茶树叶片类脱水素蛋白的Western-blot分析

为了解茶树脱水素种类与功能,采用Western-blot技术,研究了不同季节及越冬过程中茶树叶片脱水素蛋白家族的表达模式。结果显示:(1)茶树叶片总蛋白提取采用酚-甲醇/醋酸铵沉淀法,用时短、蛋白浓度高、SDSPAGE电泳条带清晰,背景干净,满足茶树Western-blot技术要求。(2)在不同季节及越冬期中发现14~95kD共9种不同分子量的茶树类脱水素蛋白,其中95、65、48、37、34和14kD等6种蛋白表达量较为稳定,季节与越冬期变化不明显;58kD脱水素仅在冬季表达,越冬期不断上升,2月份增加到最高,表达丰度高;28kD脱水素蛋白在冬季表达量高,越冬期与茶树抗寒力变化规律一致;21kD脱水素在夏季和越冬期后期有较高的表达。研究表明,这3种脱水素可能在茶树抗逆中起着重要作用。     

种子脱水耐性与LEA蛋白

就正常性种子的发育产物ＬＥＡ蛋白的产生,ＬＥＡ蛋白的共同特征、可能作用,ＡＢＡ对ＬＥＡ蛋白基因表达的调节以及正常性种子和顽拗性种子的脱水耐性与类脱水素蛋白之间的关系等问题的研究现状进行了综述。     

干旱胁迫下耐旱性小麦在不同生育期脱水素的表达分析

以2种耐旱性不同的盆栽小麦陕合6号(干旱耐受型)和郑引1号(干旱敏感型)为材料,分别在其苗期、分蘖期、拔节期、开花期对土壤实施不同程度的自然干旱胁迫和复水处理,采用SDS-PAGE和Western blotting技术研究其叶片脱水素的表达规律,探究小麦整个生长期脱水素的表达与干旱胁迫的关系.结果表明:2种小麦的脱水素均仅在干旱胁迫时表达,其中45 kD和37 kD的脱水素在2种小麦的4个发育期的叶片中均有表达,28 kD的脱水素仅在特定发育时期表达.在干旱耐受型小麦(陕合6号)中,脱水素在胁迫初期少量表达,随着胁迫程度加剧表达量急剧增加,在重度干旱胁迫下达到峰值,复水后小麦叶片中脱水素含量迅速下降;在干旱敏感型小麦(郑引1号)中,脱水素在胁迫初期大量表达,中度胁迫表达量小幅度回落,到复水1 d达到峰值,此后随着复水时间增加小麦叶片中脱水素的量逐渐下降.研究表明,小麦叶片脱水素表达与干旱胁迫程度和生育期迫密切相关,不同耐旱型小麦材料中叶片脱水素表达的差异与品种之间的干旱耐受能力密切相关.     

种子的脱水行为及其分子机制

成熟脱水是种子发育的末端事件。根据种子的脱水行为,可以把种子分为正常性、顽拗性和中间性种子。许多过程或者机制授予或者提高种子的脱水耐性,不同的过程可能在不同的水合水平上对水分丧失起保护作用,这些过程的缺乏或者无效表达可能决定个别物种的种子的脱水敏感性程度。到目前为止,涉及种子脱水耐性的过程或者机制有：细胞内脱分化;代谢的‘关闭’;抗氧化系统的存在和有效运转;保护性分子(包括胚胎发育后期高丰度表达蛋白,蔗糖、寡糖或者半乳糖苷环多醇,亲水脂分子,油素)的存在;以及在重新水合过程中修复机制的存在和运转。     

小麦类脱水素的表达、纯化及多克隆抗体的制备

脱水素在胚胎发育后期累积,外源脱落酸(ABA)、低温、干旱和其他一些环境条件下能诱导脱水素的产生,尽管植物在脱水条件下脱水素广泛存在于细胞中,但其生化功能仍不清楚.为研究小麦在不同时期脱水素基因的表达情况和生物学功能及抗体制备,以小麦幼芽为材料,经干旱胁迫处理后,提取总RNA,通过RT-PCR得到小麦类脱水素基因片段(WZY1-1),再连接至克隆载体PUCM-T,并成功构建重组表达质粒PET-32a( )-wzy1-1,将阳性重组质粒转化于受体菌BL21(DE3)感受态细胞中,经IPTG诱导表达,进行表达产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测.结果表明,表达蛋白位于37ku处,小麦类脱水素基因获得高效表达.表达蛋白经Ni2 琼脂糖凝胶亲和层析和透析袋电洗脱法纯化后,对兔子进行免疫,制备的抗血清通过ELISA检测到较高的多克隆抗体效价.蛋白质印迹结果显示,利用纯化的蛋白质制备的兔抗血清可以很好地和所表达的蛋白质带特异性结合,且郑引1号小麦幼苗进行干旱处理,提取粗蛋白,SDS-PAGE,蛋白质印迹检测显示,在分子质量28ku处出现特异的蛋白质条带,这说明所制备的抗血清可以与小麦叶片所表达的dehydrin蛋白特异性结合,证明其具有良好的免疫原性.     

油茶脱水素样蛋白的基因克隆与序列分析及其生理功能预测

以油茶EST文库为基础,采用5-′RACE技术,分离克隆了一个脱水素样基因的全长cDNA序列(GenBank接受号EU856537),同源分析表明其编码的208 aa的小分子蛋白(id号ACF72673)属于SK2型脱水素,命名为CoDHN2.CoDHN2的肽链内2个类K-片段间富含苏氨酸,有别于脱水素一般性结构特点,并且同油茶种子中另一类脱水素一样也具有一个十分保守的基序(EDDGQAGRRKK),这可能有利于脱水素的磷酸化和亚细胞定位;采用多种方法预测其二级结构,表明CoDHN2为内在性无规则蛋白,但其中远离C端的一个类K-片段可形成两亲性α-螺旋.CoDHN2含有较多的组氨酸残基以及良好的可溶性,推测它可结合金属离子从而减少活性氧的来源并清除活性氧,并在生理脱水时充当缓冲液.结合其它物种脱水素的研究进展,认为CoDHN2极有可能在油茶油脂合成高峰期同正在发育的脂体结合而保护脂体免受活性氧危害,这为油茶种子细胞的脂体发育研究提出了一个新的方向.     

植物榈包埋脱水法超低温保存的研究进展

包埋脱水法是植物材料超低温保存的的新技术,从１９９０年至今,已有３０多篇文献报道。本语文介绍了包埋脱水法的研究历史、技术要点和主要优点。     

脱水蛋白研究进展

植物在干旱胁迫下会产生许多逆境响应蛋白,其中最常见的是脱水蛋白(dehydrin).脱水蛋白具有高度保守的序列.根据近年研究的进展对脱水蛋白的功能和基因表达调控规律作了简要的综述.     

茶树种子脱水过程差异基因的研究

利用cDNA-AFLP方法在转录水平上对茶树无性系龙井43种子脱水前后基因表达的变化进行分析,探讨脱水差异和生物学中的衰老与死亡的联系,并为茶树等顽拗型种子植物的种质资源保存提供理论依据.结果显示:64对引物组合产生87条差异条带.对其中的6条克隆测序,发现4条与已知功能基因相关,包括植物衰老蛋白、PPR、硫氧还蛋白,翻译控制肿瘤蛋白,其中硫氧还蛋白在茶树种子中首次被发现.     

植物样品包埋脱水法超低温保存的研究进展

包埋脱水法是植物材料超低温保存的新技术, 从１９９０ 年至今, 已有３０ 多篇文献报道。本文介绍了包埋脱水法的研究历史、技术要点和主要优点     

快速脱水与复水过程中2种藓类植物的活性氧代谢与脂质过氧化特征

以来自不同水分生境的金发藓和湿地匐灯藓为材料,对二者在脱水与复水胁迫条件下的活性氧代谢、脂质过氧化损伤程度及其抗氧化系统应答的差异进行比较研究。结果显示:在脱水与复水过程中,(1)硅胶快速脱水更接近阳光直射条件下藓类植物的水分丧失。(2)随着含水量的变化,湿地匐灯藓虽然能够在复水后迅速修复细胞的完整性,但变化剧烈;金发藓则能够始终维持较低的膜透性。(3)2种藓类植物的丙二醛(MDA)含量变化均呈先升后降趋势,但金发藓的MDA含量明显低于湿地匐灯藓。(4)2种藓类植物的超氧阴离子自由基(O2.-)产生速率和过氧化氢含量(H2O2)的变化均与MDA含量变化相似,且金发藓活性氧水平明显高于湿地匐灯藓。(5)2种藓类植物的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性受活性氧诱导亦呈先升后降的趋势,但金发藓抗氧化酶对活性氧迸发的应答更快,活性更强。(6)2种藓类植物的抗坏血酸(AsA)含量呈先降后升态势,但金发藓的含量低于湿地匐灯藓。研究表明,来自不同生境的2种藓类植物对脱水胁迫所致的氧化胁迫均具有很强的适应能力,尤其是复水过程中的修复能力,但不同藓类可能通过不同途径和机制来适应脱水所致的氧化胁迫;来自易发生水分亏缺生境的金发藓可能因具有更强抗氧化能力,从而获得比来自水分充沛生境的湿地匐灯藓更高的脱水耐性。     

羊草DHN3基因的克隆及其逆境响应的表达分析

该研究从羊草（Leymus chinensis）中克隆得到1个脱水素（Dehydrin,DHN）编码基因LcDHN3。通过序列分析表明,LcDHN3开放阅读框为501 bp,编码167个氨基酸,分子量为17.01 kD,理论等电点为8.05,为亲水性蛋白。LcDHN3蛋白具有脱水素的保守结构域,含有1个Y 片段、1个S 片段和2个K 片段,属于YSK2型脱水素。亚细胞定位预测LcDHN3蛋白定位在细胞质和细胞核。同源比对分析显示,LcDHN3与大麦（Hordeum vulgare）等6种植物的DHNs整体相似性为84.27%。进化分析显示,LcDHN3和大麦的DHN亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,LcDHN3基因的表达受干旱、冷、热、NaCl、高pH和机械损伤胁迫诱导,同时受植物激素ABA和JA的诱导。研究表明,LcDHN3参与了羊草响应逆境胁迫的信号途径。     

植物样品包埋脱水法超低温活体保存的研究进展

包埋脱水法是植物材料超低温保存的新技术,从1990年至今,已有30多篇文献报道。本文介绍了包埋脱水法的研究历史、技术要点和主要优点。