植物蓝光受体研究进展

植物蓝光调节的反应主要有向光性、抑制幼茎伸长、叶绿体迁移、刺激气孔张开和调节基因表达等。蓝光反应的有效波长是蓝光和近紫外光(320—400am),故蓝光受体也叫蓝光／近紫外光受体。植物蓝光受体研究近年来取得较大进展。以拟南芥为例,已得到确认的受体至少有隐花色素(CRY1、2)和向光蛋白(phototropin)两大类。转基因拟南芥对蓝光、紫外光和绿光敏感,并发现CRY1是一个可溶性蛋白。CRY2编码一个核蛋白,蓝光在转录水平对该蛋白进行调节,它的作用是增加拟南芥对蓝光的敏感性。CRY1和CRY2共同介导了拟南芥植物的向光性。隐花色素的蛋白与辅基之间以非共价键连接,可以吸收蓝光和近紫外光。CRY1和CRY2蛋白之间,尤其是N端相似性很高。向光蛋白目前只发现PHOT1和PHO12两种,向光蛋白作为丝／苏氨酸激酶蓝光受体含有两个光氧化结构域(LOV)并参与了植物向光性叶绿体运动、气孔开放等。     

苔藓植物蓝光/紫外光-A 信号传导的研究

种子植物含有5个已分离的光受体和至少1个未鉴定的蓝光/紫外光-A受体。隐花色素(CRY1、CRY2和CRY3) 调节植物的生长发育,而向光蛋白(PHOT1和PHOT2) 调节植物对光的营养反应。黄素可以吸收蓝光和紫外光-A,是生色团。对这些光受体的结构和作用模式已了解很多。苔藓植物小立碗藓中含有2个已分离的隐花色素(CRY1a和CRY1b),负责调节侧枝形成和生长素代谢;有4个向光蛋白(PHOTA1,PHOTA2,PHOTB1,PHOTB2) 调节叶绿体的运动。苔藓细胞内蓝光/紫外光-A刺激引发的信号转导有Ca2+参与。     

隐花色素——生物磁感应蛋白

地磁场影响着自然界的生命活动,候鸟、果蝇等就利用地磁场进行导航迁徙．研究表明,鸟类的视网膜中存在一种蛋白名为隐花色素,作为最可能的磁感应分子和光受体. 该蛋白能够在光照条件下,产生自由基对,进行光化学转换．人体内也含有隐花色素蛋白,该蛋白也具有磁感应潜能．本文从地磁感应现象入手,结合最新的研究进展,重点介绍了隐花色素的结构、分类、光反应机制,并且根据光依赖的自由基假说就鸟类感应地磁场这一现象进行了简要阐述,同时对隐花色素研究前景进行了探讨．     

低等植物蓝光受体信号传导研究

拟南芥含有5个已分离的蓝光受体和至少1个未鉴定的蓝光/紫外光-A受体.隐花色素(CRY1、CRY2和CRY3) 调节植物的形态建成、开花和生物节律性,而向光素 (PHOT1和PHOT2) 调节植物的向光性、叶绿体运动和气孔开放.黄素可以吸收蓝光和紫外光-A,是CRY和PHOT蓝光受体的生色团.对这些光受体的结构和作用模式已了解很多.苔藓植物小立碗藓中含有2个已分离的隐花色素(CRY1a和CRY1b),负责调节侧枝形成和调控生长素反应;有4个向光素(PHOTA1,PHOTA2,PHOTB1,PHOTB2) 调节叶绿体的运动.苔藓细胞内蓝光/紫外光-A引发的信号转导有Ca2+参与.     

拟南芥QUA1基因在光信号途径中的表达与功能分析

光信号在植物生长发育过程中具有非常重要的作用。不同的光信号通过调节植物下游基因的表达,进而影响细胞分化、结构和功能的改变,以及组织和器官的形成,参与植物光形态建成。QUA1 (QUASIMODO1)是拟南芥糖基转移酶家族中的一个成员,参与植物细胞壁中果胶的合成。本文以拟南芥qua1-1/cry1以及qua1-1/phyB双突变体为材料,对QUA1基因在光信号途径中的功能进行了分析。结果显示,qua1-1突变体在暗、蓝光、红光以及远红外光培养条件下下胚轴的伸长均受到抑制,QUA1基因的表达同样受到光信号的调节,而且突变体中多种光信号调节基因的表达也受到了影响。通过对qua1-1突变体下胚轴的观察发现,突变体下胚轴表皮细胞长度明显变短。与cry1以及phyB突变体相比,qua1-1/cry1和qua1-1/phyB双突变体下胚轴长度明显变短,而且双突变体中光信号调节基因的表达也有明显变化,表明QUA1可能参与了CRY1以及PHYB介导的蓝光及红光信号传导。以上结果表明QUA1影响了下胚轴细胞的伸长以及光信号调节基因的表达,并参与调控多种光信号传导途径。     

花色形成与花生长的调控

结合笔者的研究结果,对光、糖和GAs在花生长及花色形成中的作用和可能的调节机制进行了综述。光通过光受体介导的高辐照度反应(HIR)和光合作用调控花生长及花色素苷合成;糖作为碳源和渗透调节因子,影响花瓣细胞的生长及花色素苷积累,依赖己糖激酶的信号途径可能在糖的调控中起作用;GAs通过调节特异基因的转录间接地诱导花色素苷合成途径中结构基因的表达。     

拟南芥蓝光受体CRY2的功能及其介导的光形态建成

植物具备一套复杂的由两种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统,通过感受光照强度、光的方向和光周期,调节自身对蓝光的应答.蓝光反应的有效波长是蓝光和近紫外光(320～400nm),故蓝光受体也叫蓝光/近紫外光受体.CRY2(Cryptochromes,CRY)是一个核蛋白,在转录水平受蓝光的调节,它的作用是增加拟南芥对蓝光的敏感性.植物蓝光调节的反应主要有向光性、抑制幼茎伸长、叶绿体迁移、刺激气孔张开和调节基因表达等.对植物蓝光反应突变体分子生物学研究进展进行了综述,对蓝光受体及信号转导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物作出反应的分子机制进行了探讨.     

植物中的G蛋白

G蛋白是一类参与跨膜信号传导的GTP(三磷酸乌苷)结合蛋白质。GTP结合蛋白质是具有重要功能的蛋白质。G蛋白参与的信号传导链可概括为:信号→受体→G蛋白→效应体(靶子)等。70年代末期,在动物腺苷酸环化酶的激素调节研究、视觉光信号传导的研究中发现了G蛋白。动物体内有多种不同功     

B类NCS蛋白的研究

Ca~(2 )作为细胞的第二信使,在神经细胞中参与胞内众多重要的生理过程。这些Ca~(2 )的影响是由Ca~(2 )结合蛋白介导的,如Ca~(2 )传感器,它们通过改变自身结构进而调节靶蛋白的功能。在神经细胞钙传感器家族中,主要对Ca~(2 )信号通路中依赖胞质Ca~(2 )浓度的B类NCS蛋白的研究进行综述。     

光色素信号通路中磷酸化修饰研究进展

光是植物的唯一能量来源, 植物在进化过程中产生不同的光敏色素来感知光信号。光信号通路中元件通常被特异翻译后修饰调节。光敏色素是一种自磷酸化的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 可以被一些蛋白磷酸酶去磷酸化。通过对光敏色素A (phyA)和光敏色素B (phyB)的自磷酸化位点研究, 发现自磷酸化对光敏色素的功能及其介导的信号通路起着非常重要的作用。光激活的光敏色素诱导光敏色素作用因子(PIF)磷酸化, 这对于PIF的正常降解及光形态建成的起始是必需的。该文主要介绍了光敏色素信号通路磷酸化修饰的最新进展, 以期为深入研究光敏色素信号转导机制提供参考。     

《当代生物学》：拟南芥蓝光受体反应研究获进展

近日来自湖南大学、中国农业科学研究所和加州大学的研究人员在新研究中对拟南芥蓝光受体CRY2及信号介导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物做出反应的分子机制进行了探讨,相关研究论文于4月21日发表在著名期刊《细胞》（Cell）旗下的子刊《当代生物学》（Current Biology）杂志上。     

光遗传技术中的两种主要光敏蛋白及其在阿尔茨海默病研究中的应用

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种常见的中枢神经系统退行性疾病,但是,AD的发病机制还有待进一步的阐明。近年来,光遗传技术因其在时间和空间上的高精确性而逐渐被应用于AD的研究中。Ⅰ型光敏蛋白中的视紫红质通道蛋白-2 (channelrhodopsin-2, ChR2)和盐碱古菌嗜盐细菌视紫红质蛋白(Natronomonas halorhodopsin, NpHR)可以通过将光信号快速转换成跨膜离子电流来调节神经元的活动,因此,已经被应用于光遗传技术中。现对ChR2和NpHR在光遗传技术中的应用进行介绍,并总结其在AD研究中的应用进展。     

光敏色素信号通路中磷酸化修饰研究进展

光是植物的唯一能量来源,植物在进化过程中产生不同的光敏色素来感知光信号。光信号通路中元件通常被特异翻译后修饰调节。光敏色素是一种自磷酸化的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,可以被一些蛋白磷酸酶去磷酸化。通过对光敏色素A(phy A)和光敏色素B(phy B)的自磷酸化位点研究,发现自磷酸化对光敏色素的功能及其介导的信号通路起着非常重要的作用。光激活的光敏色素诱导光敏色素作用因子(PIF)磷酸化,这对于PIF的正常降解及光形态建成的起始是必需的。该文主要介绍了光敏色素信号通路磷酸化修饰的最新进展,以期为深入研究光敏色素信号转导机制提供参考。     

拟南芥中光信号系统中关键基因CRY1、CRY2和COP1启动子的表达模式分析

通过构建表达光信号系统关键基因CRY1、CRY2和COP1启动子与GUS融合基因的拟南芥转基因植株,并对转基因植株进行GUS组织化学染色的结果表明,CRY1、CRY2和COP1的表达模式不受光条件的调控,并且在各器官有广泛的表达。分别分析CRY1基因启动子在cop1突变体以及COP1基因启动子在cry1突变体遗传背景中表达模式的结果表明,CRY1和COP1在转录水平上不存在明显的相互调控关系。     

平滑肌细胞上的钙库操纵性通道

钙库操纵性通道(SOC)是目前研究较热门的一种离子通道,其开放与关闭受内质网中Ca2 贮量调控。SOC参与机体许多重要生理功能的调节,尤其在平滑肌紧张性变化的调节中起重要作用。果蝇瞬时受体电位(transient receptor potential,TRP)蛋白在光信号传递中发挥重要作用,在哺乳动物中,发现TRP蛋白的同系物TRPC1蛋白是SOC的组成成分。研究并深入了解SOC的特性对于开发一类新的钙通道拮抗剂具有重要的理论意义。     

p21活化激酶的生物学活性及其与肿瘤的关系

p21活化激酶(p21-activatedkinase,PAK),为一类进化上保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。PAK在许多组织中广泛表达,作为小G蛋白Rho家族Cdc42和Rac1的下游靶蛋白,可以被生长因子及其他胞外信号通过GTP酶依赖的信号通路或非GTP酶依赖的信号通路活化,发挥多种生物学效应。PAK作为一种重要的生物学调节因子,在哺乳动物一系列细胞功能中具有重要作用,如:细胞运动、细胞生存、细胞周期、血管生成、基因转录调节及癌细胞的侵袭转移。通过对PAK家族成员信号转导机制的研究,为癌症治疗提供分子靶标。     

节律基因CRY1在肝癌中的表达及对肝癌细胞生长的作用

目的:探讨节律基因CRY1(cryptochrome circadian clock 1)在肝癌组织中的表达情况及对肝癌细胞生长的作用。方法:利用实时荧光定量PCR、Western blotting及免疫组织化学染色法,检测CRY1在肝癌组织及细胞中的表达;利用肝癌公共数据信息,分析和验证CRY1在肝癌组织中的表达;真核表达质粒将肝癌细胞CRY1过表达后,采用MTS和Annexin V-FITC/PI双染法,分别检测CRY1对细胞增殖和凋亡的影响。结果 CRY1在癌组织中阳性率为57.5%(23/40),癌旁组织中阳性率为87.5%(35/40),癌中CRY1表达低于癌旁的占80%(32/40),与癌旁组织比较,CRY1蛋白在肝癌组织中的表达明显降低,差异有统计学意义(t=7.53,P0.001)。CRY1在3个肝癌公共数据信息显示,与对应癌旁组织相比,其在癌组织中表达水平显著降低,差异均具有统计学意义(TCGA:413.62 vs 335.17,P=0.0155;GSE22058:397.67 vs 360.08,P=0.0207;GSE25097:1.627 vs 1.433,P0.0001)。同时CRY1在被检测的4株肝癌细胞系中表达也显著低于永生化的正常肝细胞。与对照组比,过表达CRY1组细胞增殖能力明显降低,两组间差异有统计学意义(1.100 vs 0.662,P0.0001);与对照组比,过表达CRY1组细胞凋亡显著增加(凋亡细胞百分比:7.9 vs 17.5,P=0.0014)。结论:节律基因CRY1在肝癌中低表达,同时CRY1抑制肝癌细胞增殖和促进细胞凋亡。     

重组人隐花色素蛋白Ι的表达纯化及其在制备放疗保护剂中的应用

放疗是治疗肿瘤的最常用手段之一,为寻找能够保护肿瘤组织周边正常细胞的放疗保护剂,通过原核表达质粒的构建,利用大肠杆菌BL21(DE3)诱导并成功表达出人隐花色素蛋白Ⅰ(h CRY1)。采用包涵体溶解、梯度透析复性、镍柱亲和纯化以及超滤浓缩的蛋白纯化工艺,1 L菌液可收获10-15 mg纯度超过95%的h CRY1。在Ha Ca T细胞中通过细胞DNA损伤修复中所产生的H2A.X foci荧光强度的定量检测,验证了纯化所得的h CRY1具有射线损伤防护功能;通过对经过h CRY1以及对照蛋白处理后的细胞凋亡情况的检测排除了h CRY1的毒副作用对H2A.X foci荧光强度的影响。这些为进一步研究h CRY1提供了便利条件,也为将h CRY1开发成为新的放疗保护剂提供了理论基础。正1中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫学重点实验室,北京1001012安徽大学生命科学学院,安徽合肥2306013中山大学肿瘤防治中心华南肿瘤学国家重点实验室,广东广州5100604四川省肿瘤医院·研究所肿瘤内科,四川成都6140005广州达博生物制品有限公司广东省肿瘤靶向治疗新药研发企业重点实验室,广东广州510663     

光敏色素A调控光响应基因表达及其翻译后修饰研究进展

光是调节植物生长发育最重要的环境信号因子之一。植物通过光受体感受自然环境中光的强度、方向以及光周期等信号的变化,从而调控其生长发育过程。光敏色素A (phytochrome A, PHYA)是植物中唯一的远红光受体蛋白,具有在黑暗下在细胞质中合成,而在照光后快速入核和降解的特性,并通过多种途径精确调节了植物光响应基因的转录网络。同时,蛋白质翻译后修饰在调节PHYA稳定性和活性的过程中发挥了重要的作用。该文论述了PHYA调节光响应基因表达以及PHYA翻译后修饰方向的研究进展,并展望了PHYA在农作物分子设计育种中的应用前景。     

植物COP1蛋白的结构与功能

组成型光形态建成 1 (constitutivelyphotomorphogenic 1 ,COP1 )蛋白是一个分子量为 76kD的核蛋白 ,它由 3个特殊的结构域组成即环形锌指结合域、卷曲螺旋形结构域和WD_40重复序列 ,并含有一个核定位信号和一个新型细胞质定位信号 ,它是一个光形态建成的抑制子 ,是一个光调控植物发育的分子开关。当植物在暗环境下生长时 ,COP1蛋白聚集在细胞核内 ,抑制光形态的建成 ,而在光环境下 ,COP1蛋白则分散到细胞质中 ,解除其抑制作用 ,恢复光形态建成。COP1蛋白在细胞内的核质分布受多个因素的影响 ,核内COP1通过与特异转录因子相互作用来调节光形态建成。继从植物中分离鉴定出COP1蛋白之后 ,动物体内也发现有COP1蛋白的存在 ,提示COP1蛋白可能在调节动物和植物的发育及信号转导等方面具有共同作用模式。