植物环核苷酸门控离子通道基因的功能及其调控

环核苷酸(cAMP/cGMP)是生命体重要的信号分子,环核苷酸门控离子通道(CNGC)是环核苷酸主要的受体之一,目前已在植物中克隆并鉴定了多个环核苷酸门控离子通道基因,它们参与调控植物的生长、发育以及抗病等反应.这些通道既可通过一价阳离子,也可通过二价阳离子,其活性受Ca2+/Calmodulin调控.本文概括了近年来植物环核苷酸门控离子通道(CNGC)基因的克隆、植物CNGC对离子的选择特性、CNGC的生物学功能与调控等方面的研究进展.     

植物环核苷酸门控离子通道及其功能研究进展

环核苷酸门控离子通道(CNGC)是非选择性的阳离子通道, 可以直接被细胞内信使小分子——环核苷酸(cAMP和cGMP)活化。该通道蛋白包含6个跨膜α-螺旋, C端各具一个交叠的环核苷酸与钙调蛋白结合区。CNGC广泛存在于各种植物细胞中。研究表明, 模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CNGC家族有20个成员, 分为4个亚群, 它们在抗病、花粉管生长、对Ca²⁺响应、抵抗重金属离子毒害和抗盐等多种信号途径中发挥重要作用, 协助植物细胞应对各种生物与非生物胁迫。该文简要介绍了CNGC的结构、表达谱及其调控因子, 并着重总结了近年来CNGC生物学功能的研究进展, 以期为今后系统开展其功能研究提供理论依据。     

植物具IQ基序的钙调素结合蛋白的研究进展

钙调素作为细胞内主要的Ca²⁺传感蛋白, 通过与不同的钙调素结合蛋白的结合传递钙信号, 调控细胞生理和生长发育过程。IQ基序(IQxxxRGxxxR, Pfam 00612)是少数几个钙调素与钙调素结合蛋白结合的结构域之一。植物具IQ基序的钙调素结合蛋白包括IQM、IQD、CAMTA、CNGC和myosin 5个家族及少数其它蛋白。该文综述了植物具IQ基序的钙调素结合蛋白的类型、结构特点和功能等方面的研究进展, 并对今后的研究进行了展望。     

霸王环核苷酸门控通道基因ZxCNGC5的克隆及表达模式分析

钙离子(Ca~(2+))作为生命活动过程中重要的第二信使,对植物的生长发育至关重要。环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channels,CNGCs)是一类Ca~(2+)通道,在植物的花粉发育、免疫反应以及响应逆境胁迫等生理过程中发挥着重要作用。本研究通过RACE和RT-PCR技术克隆了荒漠旱生植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)CNGCs家族的一个编码基因,命名为ZxCNGC5。生物信息学分析显示其编码728个氨基酸,包含CNGCs家族所特有的6个跨膜域、1个P环以及环核苷酸结合域(cyclic nucleotide-binding domain,CNBD)和钙调蛋白结合域(calmodulin-binding domain,CaMBD);系统进化树将CNGCs家族分为5个亚族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、ⅣA和ⅣB),Zx CNGC5属于第Ⅱ亚族;组织特异性分析显示该基因主要在根中表达;在0.01和10 mmol·L~(-1) CaCl_2处理下,ZxCNGC5在根中的表达量短期内均显著升高,并分别在3和12 h达到最高,随后逐渐降低,表明ZxCNGC5在根中的表达受外界CaCl_2的短期诱导。     

毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated channels,CNGC）家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明：在毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群）,其中第Ⅳ亚群分为2个亚组（Ⅳa组和Ⅳb组）。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的K_a/K_s值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。     

鄂尔多斯高原风蚀沙化梁地克隆植物的分布及其与物种多样性的关系

 采用样线法和点样法对鄂尔多斯风蚀沙化梁地上的植物进行了调查,研究了梁地上克隆植物的分布、克隆植物在群落中的重要性及其与群落物种多样性之间的关系。结果表明：1）在梁顶的典型草原植物群落和梁底的滩地盐生植物群落中克隆植物的物种丰富度较高,而在梁坡的沙生植物群落中较少,非克隆植物物种在梁顶出现频率较高,在梁坡和梁底较少;密集型克隆植物物种丰富度的变化与非克隆植物相同,游击型克隆植物在梁顶植物群落中没有出现,在梁坡群落中也很少,而在梁底的滩地中较多。2）梁底群落中克隆植物的重要值高于梁顶和梁坡群落中克隆植物的重要值,梁顶与梁坡群落中非克隆植物的重要值高于梁底群落中非克隆植物的重要值;在梁坡与梁底群落中,克隆植物的重要值都高于非克隆植物的重要值,而在梁顶群落中克隆植物与非克隆植物的重要值之间无差异;梁顶与梁坡群落中密集型克隆植物的重要值高于梁底群落中密集型克隆植物的重要值,而游击型克隆植物的重要值在梁底群落中较高;在梁顶与梁坡群落中,密集型克隆植物的重要值分别高于游击型克隆植物的重要值,而在梁底群落中,密集型克隆植物的重要值低于游击型克隆植物的重要值。3）梁顶的典型草原植物群落中,群落物种多样性随非克隆植物的重要值、克隆植物的重要值、密集型克隆植物的重要值的变化趋势相同,都为抛物线型。梁坡的沙生植物群落中,群落物种多样性与非克隆植物的重要值呈正相关,而分别与克隆植物和密集型克隆植物的重要值呈负相关。梁底的滩地盐生植物群落中,群落物种多样性与非克隆植物的重要值呈正相关,而与克隆植物和游击型克隆植物的重要值呈负相关。     

植物抗体及其应用

植物抗体(plantibody)即通过基因工程技术在植物中表达或生产的抗体,是抗体基因工程的一个独特的新领域。人类可用植物廉价大量地生产抗体,开发用于疾病诊断、治疗的药物,或使抗体在工业加工中发挥作用;也可用抗体在植物体中进行免疫调节,以研究植物生理代谢机制,或增加植物抵抗病虫害的能力。本文对植物抗体的设计、应用策略,及其在医药学、植物抗病育种、分子植物生理学等领域的研究进展进行综述和讨论。     

microRNA调控植物细胞全能性与再生

细胞全能性是指在多细胞生物体中,细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。与动物相比,离体植物细胞在一定激素配比的培养基上即可表现出全能性。植物细胞全能性是实现植物再生和植物组织培养的理论基础。microRNA是植物中普遍存在的小分子非编码RNA,在植物的各项生命活动中发挥着重要作用。作为基因表达的重要调控因子,其在调控植物细胞全能性、细胞分化与再生过程中扮演着至关重要的角色。着重介绍已知的参与植物全能性的miRNA以及它们对植物再生过程的调控作用。     

一氧化氮在植物抗病反应中的信号作用

近年来的研究发现,一氧化氮(nitricoxide,NO)在植物抗病反应中具有重要作用,本文概述了植物中NO的来源、NO在植物抗病反应中的信号传导作用、NO与植物中其它信号分子之间的相互作用以及NO的研究进展。