植物油体在生物技术中的应用研究进展

油体是植物种子尤其是油料植物种子的重要贮脂细胞器,具有较强的物化稳定性,而且易于通过离心法分离提取。研究表明,油体是由外层的磷脂和油体结合蛋白以及包裹在内部的液态基质（主要为三酰甘油）形成的弹性球体或椭球体。目前,在植物中共发现三类油体结合蛋白,它们主要存在于油体表面。鉴于油体和油体结合蛋白的结构特殊性,二者在生物技术领域得到了广泛应用。本文重点综述了油体在表达纯化外源蛋白方面的优势、策略以及在生产药用蛋白、制备固定化酶、捕捉抗体和药用酶、生产营养素和提高植物抗性等多个领域的研究进展,并介绍了人工油体和油体乳化剂方面的开发应用情况。     

植物蛋白oleosin及其在植物基因工程中的应用

Oleosin是一类特殊贮藏蛋白,主要在植物种子特异表达,覆盖于油体表面,在油体发生到分解消失过程中起着重要的生物学作用,在植物基因工程研究中有重要的应用价值。介绍oleosin的分类、分布、基本组成、结构与功能、oleosin基因及其表达,讨论oleosin在植物基因工程中的应用 。     

植物细胞壁伸展蛋白的功能与利用

伸展蛋白是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白,是植物细胞壁中重要的结构蛋白。伸展蛋白家族基因广泛存在于多种植物中,参与植物细胞壁网络结构形成与修饰、植物细胞伸长、根生长发育等过程,并且影响植物机械强度、倒伏抗性和各种逆境胁迫反应。本文拟从蛋白结构、进化关系、生物学功能等方面介绍植物伸展蛋白近期研究进展,并初步提出了此类基因在农作物和能源植物遗传改良中的利用。     

成蛋白 (Formin): 植物细胞形态与发育的重要调控者

成蛋白(Formin)广泛存在于真菌、植物和动物等真核生物中,它们在调控肌动蛋白的聚合、协调肌动蛋白与微管之间的协同作用、决定细胞生长和形态等过程中发挥着决定性作用。一般认为,与真菌、动物不同,植物成蛋白家族结构在进化中因基因进化事件形成了植物特有的两类成蛋白家族,其中Ⅱ类成蛋白主要负责细胞极性生长,而Ⅰ类成蛋白可能调控细胞的膨胀。近年来,随着相关领域研究的深入,植物两类成蛋白在细胞内行使的功能也逐渐被阐明,而最近的研究结果也表明简单地根据蛋白结构对成蛋白的功能进行分类是不恰当的。据此,文中重点归纳了成蛋白结构域的组成与其对应功能,总结了成蛋白在代表性植物中的作用机理和最近研究进展,并就目前植物成蛋白研究中尚未解决的问题和尚未探索的领域进行了分析,最后对未来的植物成蛋白的研究方向提出了相关建议。     

以油体作为生物反应器的研究进展

获得安全、经济、稳定具有生物活性的重组蛋白,应用于基础研究及临床应用是一个重大的战略课题,现在可以利用酵母、细菌和动物细胞生产多种药物蛋白,但这些蛋白的生产过程还存在许多问题.利用植物作为生物反应器生产药用蛋白和疫苗是目前生物反应器研究的热点.油体蛋白在油料作物种子中高水平表达且易于分离,经过改造后是生产目的蛋白的一种理想栽体.介绍了油体、油体蛋白的结构以及利用植物油体蛋白表达体系这一新型植物生物反应器生产目的蛋白的研究进展和前景.     

麻疯树种子发育过程中JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达模式研究

油质蛋白基因对种子中油体的形成至关重要,该研究通过实时荧光定量PCR,对麻疯树的两个油质蛋白基因JcOle14.3和JcOle16.6在种子不同发育时期的表达模式进行了分析。结果表明:两个基因在种子发育初期(10~30 d)表达量逐渐升高,但表达水平均较低;40 d时表达量急剧增加并达到最高,而种子发育后期(50~55 d)两个基因表达水平均逐渐降低。由此可初步推测,JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达量可能与种子油脂积累量存在正相关。该研究结果为麻疯树油体形成机理和油质蛋白的深入研究提供了理论基础。     

蚂蚁与蚁运植物的互惠共生关系

蚁运植物（myrmecochore)即指种子靠蚂蚁携带散布的植物。在长期的协同进化中,蚂蚁与蚁运植物形成了互惠共生关系。由于蚁运植物种子上附生有蚂蚁喜食的油质体,蚂蚁取食油质体后,将种子丢弃在蚁巢附近,从而使植物得以扩散。蚁运植物广布全世界,但主要分布在澳大利亚和南非。蚂蚁主要搬运草本植物和部分灌木植物的种子。对蚂蚁与蚁运植物互惠共生关系的研究表明：蚂蚁的搬运有利于保护和传播植物种子;蚁巢有利于种子萌发,出苗和建群;蚂蚁的搬运是影响某些温带森林群落结构的重要因素之一;蚂蚁与蚁运植物互惠共生对自然群落的恢复有重要作用。     

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。     

利用油体表达系统生产外源重组蛋白的研究进展

植物生产外源蛋白日益受到重视,是一个安全廉价的生产系统。植物油体表达系统利用油素蛋白的高表达性和易分离特性改进了植物生物反应器下游加工技术、降低了高纯度药用蛋白的生产成本。本文介绍了油体和油素蛋白的组成结构等特征,重点阐述了国内外各领域用植物油体表达系统生产外源蛋白的研究进展,探讨了油体系统的优势和存在的问题。本实验室利用油体系统开发酸性成纤维细胞生长因子(haFGF)医类新药,生物活性检测正在进行中。油体表达系统作为药用蛋白的新来源,将得到逐步的完善及更广泛的应用。     

溶菌酶的研究进展

溶菌酶普遍存在于动物、植物和微生物中。溶菌酶是一种小分子碱性蛋白,长期以来一直被作为一种“模型”体系．用于研究蛋白质的空间构象、酶动力学及其与分子进化、分子免疫间的关系。介绍了溶菌酶的来源、结构、性质、作用机制。并对近年来其在食品工业、医学和酶工程中的应用进行了综述;分析了溶菌酶应用中存在的主要问题,并对其应用前景进行了展望。     

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。     

水稻蔗糖转运蛋白研究进展

蔗糖转运蛋白是光合产物运输与分配调控网络中的重要节点,主要参与蔗糖从"源"到"库"的质外体运输,在蔗糖的感应、"源"器官装载、韧皮部长距离运输和"库"器官卸载中起重要作用。总结和分析了水稻蔗糖转运蛋白基因家族的组成、蛋白结构特点、表达与调控特性、生物学功能等方面的研究进展,在此基础上,提出了蔗糖转运蛋白基础理论和应用研究方面存在的不足及应予重视和加强的主要方向。     

植物单萜合酶研究进展

单萜广泛存在于植物树脂和挥发油中,在植物生长发育和进化过程中发挥着重要作用,且在医药和生态农业等方面有着重要应用.这类物质是由质体内的5-磷酸脱氧木酮糖(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate,DXP)途径合成,单萜合酶(monoterpene synthases,mono-TPS)是单萜生物合成的关键酶,决定了单萜结构的多样性.综述了植物单萜合酶催化机理、系统发育与谱系分化、基因表达调控、基因克隆及代谢工程等方面的研究进展,探讨了其生态学研究意义和发展前景.     

ROPs:植物细胞内多种信号通路的分子开关

植物RHO相关蛋白GTPases(RHO-related GTPases of plants, ROPs)是广泛存在于植物中的一类信号转导G蛋白(又称GTP结合蛋白),其通过结合GDP或GTP在非活性和活性状态间进行切换,进而在细胞极性控制、形态发育、激素水平调控、逆境反应等诸多植物生命活动的信号转导过程中扮演重要的分子开关角色。本文对ROP蛋白的结构域及基于蛋白质结构分类进行了介绍,并对拟南芥、玉米、水稻和大麦中的ROP家族蛋白质进行了系统进化分析。分析结果表明,这些植物中的ROP蛋白根据蛋白质结构域组成可分为Ⅰ类(typeⅠ)和Ⅱ类(typeⅡ)两种类型,而根据蛋白质序列的保守性可将其在植物中的ROP蛋白划分为4个进化枝。本综述不但对ROP蛋白作为分子开关在细胞内调控各种信号通路的机制进行了叙述,还对ROP在花粉管、根毛及植物表皮铺盖细胞极性发育,以及其他抗逆反应中的具体作用和机制及研究进展进行了阐述。本文还对ROP蛋白在ABA、IAA、BR等植物激素信号传导过程中的调控作用及研究进展进行了阐述。本文对植物ROP蛋白研究过程中尚未解决的问题,例如不同的ROP蛋白在同一个信号通路中的作用为何如此不同,以及ROP是如何协调不同的信号通路以共同调控一个植物发育或者生理过程等问题进行了总结,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望。     

植物特有的SBP-box基因家族的研究进展

SBP-box基因家族是植物特有的一个基因家族,广泛存在于绿色植物中,其编码的蛋白被认为是一种转录因子,该转录因子含有一个非常保守的SBP区,这个区域包括一个新的锌指结构和一个核定位信号。研究表明SBP转录因子参与了花的形成及其后期发育,叶的形态建成和环境信号应答等多个生物学过程,在植物的生长和发育中起着重要作用。近年来,已从多种植物中分离出SBP-box基因,对于该基因家族结构和功能的研究已成为国内外的研究热点。该文从SBP-box基因家族的发现、结构、系统进化、生物学功能及其调控等方面的研究现状进行综述,并对该基因家族的研究前景提出展望。     

番茄RGA4蛋白与马铃薯Rpi-blb1蛋白的同源比较分析

为获得番茄抗晚疫病广谱性基因信息,采用同源电子克隆法,基于番茄蛋白序列数据库,以马铃薯晚疫病广谱抗性蛋白Rpi-blb1为种子序列,获得番茄疾病抗性蛋白RGA4,并进行基因电子定位和基因结构、模体、二级结构、基因进化及基因电子表达等分析,以证明两者的进化关系。结果表明:番茄RGA4蛋白(XP_004245923.1)序列具有NB-ARC和LRR8两个保守结构域,定位于第8条染色体SL2.40区间,相应基因位于8号染色体序列的57228847-57232935 bp区间,长度为4 089 bp,由2个外显子和1个内含子组成,编码988个氨基酸序列,该蛋白为不稳定分泌球形蛋白;番茄RGA4蛋白和马铃薯Rpi-blb1蛋白在二级结构分布、基因序列组成、基因定位等方面相似性较高,可确定两者为垂直同源关系,但在基因进化和模体组成方面存在差异,可能导致两者功能上的不同。研究结果可为番茄晚疫病广谱抗性基因克隆及其利用提供理论依据。     

买麻藤科植物研究进展

买麻藤科植物是裸子植物中唯一的藤本植物,具有重要的理论研究和应用开发价值.全世界仅1属约40种,中国发现9种,分布于亚洲、非洲和南美洲的热带和亚热带地区;在理论研究方面,该科系统进化位置特殊,形态结构、化学成分和分子水平上的研究存在很大争议,仍没有解决其在裸子植物与被子植物间所处的进化位置;在应用研究方面,该科既是传统中药又富含芪类、生物碱和黄酮等活性成分,而且果实和叶片可食用;然而,在引种、驯化及培育方面研究薄弱,阻碍了该科资源的开发和利用.本文从资源分布、理论与应用研究以及开发利用等方面综述了买麻藤科植物研究进展,将为今后国内深入开展该科植物的相关研究奠定基础.     

拟南芥和水稻非特异脂质转运蛋白的分子进化、表达模式以及在花药发育中的功能分析

植物非特异脂质转运蛋白(non-specific lipid transfer proteins,ns LTPs)是一类小分子碱性蛋白,该蛋白家族在植物的角质蜡质形成、信号转导以及生殖发育等方面发挥了重要的功能。目前植物中已经克隆出几十个ns LTPs基因并对它们开展了初步的功能研究,但对该基因家族在拟南芥和水稻中的基本信息、分子进化、表达模式和功能预测方面进行系统对比的数据仍很欠缺。本研究尝试利用生物信息学的方法,通过对比分析45个拟南芥和49个水稻ns LTPs基因的亚家族分类、基因复制、蛋白结构、表达模式和功能预测等信息,初步阐明ns LTPs基因家族在单双子叶中可能存在的进化、表达模式和功能上的差异。同时以花药发育过程为例,细致分析了ns LTPs不同亚家族基因在花药发育过程中表达水平的变化,从而推测各个亚家族蛋白在花药发育不同时期的功能。本研究以期为ns LTPs将来在植物育种和遗传学中的应用研究提供理论基础。     

木薯HSP21基因的电子克隆与生物信息学分析

HSP21是植物响应高温胁迫的关键基因,在防止蛋白变性、保护细胞结构和维持植物正常生长发育等方面发挥重要作用,克隆HSP21基因是揭示木薯抵抗高温胁迫分子机制的基础。为得到木薯HSP21同源基因及分析其表达蛋白的性质,文中采用电子克隆技术对新基因进行组装和衍生,并使用生物信息学分析方法,对预测蛋白的一级至高级结构、亲水性/疏水性、信号肽、蛋白同源性和系统进化等进行全面解析。结果表明,HSP21基因含有969个碱基对,其开放阅读框有705个碱基,预测蛋白含234个氨基酸。预测蛋白是非跨膜蛋白,具有碱性和亲水性,主要定位于叶绿体内。通过多重序列比对和系统进化分析发现,木薯与巴西橡胶树、蓖麻和麻疯树等植物的HSP21蛋白同源性较高。结果可为该基因的克隆和转化提供参考依据。     

噬藻体和蓝藻间的基因转移及协同进化作用

生物物种之间的水平基因转移广泛存在于细菌、古生菌和真核生物中,并能造成同一生境中种群的快速协同进化。噬藻体是感染蓝藻的专一性病毒,近年研究表明其在蓝藻水华生消中发挥了重要作用,使人们认识到了噬藻体的重要生态地位。综述了物种间的水平基因转移,介绍了噬藻体遗传多样性研究中常用的光合作用基因、结构蛋白基因等靶标基因所介导的基因转移以及基因转移引起的病毒和宿主的协同进化,并介绍了研究基因转移所用到的试验技术以及今后所要面临的问题。