灵武长枣果实质膜和液泡膜H~+-ATPase和H~+-PPase活性与果实糖分积累

以不同发育时期灵武长枣(Ziziphus jujuba cv.Lingwuchangzao)的果实为材料,通过测定与分析果肉组织中细胞质膜、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性、果实糖分含量变化,研究了灵武长枣果实质膜、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性与糖积累特性的关系。结果表明:(1)果实第二次快速生长期之前主要积累葡萄糖和果糖,之后果实迅速积累蔗糖,葡萄糖和果糖含量则逐渐下降,成熟期果实主要积累蔗糖。(2)在果实发育的缓慢生长期S1,质膜H+-ATPase活性最低;第一次快速生长期,质膜H+-ATPase活性最高;缓慢生长期S2,其活性降低;第二次快速生长期,质膜H+-ATPase活性升至次高;完熟期,质膜H+-ATPase活性下降幅度较大。(3)在果实发育过程中,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性的变化趋势相似。缓慢生长期S1,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性较低;从缓慢生长期S1至第一次快速生长期缓慢下降至最低;从第一次快速生长期开始,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性呈现为逐渐增高的变化趋势;除第二次快速生长期以外,液泡膜H+-PPase活性始终高于H+-ATPase。由此推测,质膜H+-ATPase和液泡膜H+-ATPase、H+-PPase对灵武长枣果实糖分的跨膜次级转运起到重要的调控作用。     

液泡膜H+ -PPase与植物耐盐性

文章介绍植物液泡膜H^＋-PPase的结构、功能及其分子生物学的研究进展,并着重阐述液泡膜H^＋-PPase在植物耐盐性中的作用。     

NaCl胁迫下大麦根液泡膜H+-ATPase活性、离子吸收与钙的关系

NaCl胁迫2 d,耐盐大麦(Hordeum vulgare L.cv) ("滩引2号")根系液泡膜H+-ATPase活性增强,H+-PPase活性下降.以质膜Ca2+通道抑制剂La3+ (1 mmol/L)或Ca2+螯合剂EGTA (5 mmol/L)处理大麦幼苗,抑制了NaCl诱导的液泡膜H+-ATPase活性的增强,但提高了H+-PPase活性;用CaM拮抗剂三氟拉嗪(TFP,20 μmol/L)处理,也抑制了液泡膜H+-ATPase活性的增强.NaCl胁迫下,外加La3+,TFP或La3++TFP处理,使Na+吸收增加,K+和Ca2+吸收降低.结果表明,NaCl胁迫下,液泡膜H+-ATPase活性提高和离子吸收的变化可能与Ca-CaM系统有关.     

马蔺IlVP基因片段的克隆及序列分析

根据已报道的其他植物H+-PPase基因的保守序列设计一对简并性引物,以马蔺幼根总RNA为模板,采用RT-PCR方法克隆出马蔺H+-PPase基因片段并克隆到p UCm-T载体,命名为Il VP。阳性克隆经PCR鉴定后进行测序,序列分析结果表明:该基因片段长度为893 bp,编码297个氨基酸,所得到的序列与Gen Bank中注册的高等植物液泡膜H+转运无机焦磷酸酶(H+-PPase)核苷酸碱基排列顺序的同源性均在70%以上、氨基酸序列的同源性达79%以上。这为马蔺Il VP全长基因的克隆及其耐盐分子机理的研究奠定基础。     

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na 的外排、减少Na 的吸入和Na 的区隔化,而Na 的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K /Na 离子转运蛋白,Na /H 逆向转运蛋白以及液泡膜H -PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。     

K+营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬生长及叶片液泡膜V-H+-ATPase和V-H+-PPase活性的影响

对溶液培养的盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)幼苗进行不同浓度NaCl胁迫并改变培养液中K+浓度,以了解K+营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬幼苗生长及叶片液泡膜V-H+-ATPase、V-H+-PPase活性的影响.提高培养液K+浓度可明显增加盐胁迫下碱蓬植株的鲜重、干重,促进盐地碱蓬叶片及根部组织K+积累.盐地碱蓬叶片液泡膜V-H+-ATPase至少由A、B、C、D、E及c亚基组成,其表达量在缺K+处理(12 μmol/L K+)下随盐胁迫浓度的增加而减小,而在正常K+(6 mmol/L)培养下则随盐胁迫浓度的增加而增加;盐地碱蓬叶片液泡膜V-H+-PPase分子量为72 kD,在缺K+和正常K+供应情况下,V-H+-PPase均有较高表达.V-H+-ATPase及V-H+-PPase活性变化与其亚基表达量变化基本成正相关.结果表明: K+对盐生植物碱蓬的耐盐性有重要作用,盐胁迫下,K+可能参与了V-H+-ATPase和V-H+-PPase活性调控.     

截形苜蓿液泡膜H^＋ -PPase基因克隆与序列分析

采用EST电子克隆技术,以拟南芥AVP1基因cDNA序列为信息探针,在GenBank中对豆科模式植物截形苜蓿(Medicago truncatula)的同源EST序列进行查询比较和拼接,获得了1个完整的cDNA序列跨叠群(contig),并通过RT-PCR成功获得了该cDNA序列,将其命名为MtVP1.该序列包含1个2 298 bp的最大读码框,编码765个氨基酸.MtVP1编码的氨基酸序列与来自绿豆、拟南芥等高等植物的Ⅰ类液泡膜H+-PPase的氨基酸序列的一致性高达84%～93%,疏水性分析和结构预测表明MtVP1编码蛋白是一个典型的膜蛋白,含有13个跨膜区,含有3个在液泡膜H+-PPase中高度保守的区域(CS1、CS2和CS3).从结构分析结果推测MtVP1与AVP1在功能上具有相似性.     

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物耐盐性关系

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物的耐盐性有密切的关系。在高等植物体内,主要存在两种Na+/H+ 逆向转运蛋白,分别为位于细胞质膜上的逆向转运蛋白SOS1,以及存在于液泡膜上的AtNHX1。质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责Na+ 的外排,液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责把Na+ 区隔化入液泡。过量表达质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白SOS1或液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白AtNHX1能够明显提高植物的耐盐性。本文对植物中Na+/H+ 逆向转运蛋白及其与植物耐盐性之间的关系研究最新进展作一概述。     

百脉根液泡膜H+-PPase基因的cDNA克隆与分析

采用EST电子克隆和RACE技术从豆科模式植物百脉根中克隆到一个液泡膜H -PPase基因的cDNA,命名为LcVP1。该cDNA长为2962bp,含2304bp的完整开放阅读框,编码767个氨基酸,其推测的氨基酸序列与绿豆、拟南芥等I类液泡膜H -PPase的氨基酸序列同源性在80%以上,且有很高的功能区段保守性。该cDNA序列已提交GenBank,登录号为EF440187。半定量RT-PCR表明,LcVP1在根、茎、叶中的表达不同,叶中表达最多,茎中最少。     

多胺浸种改善盐胁迫大麦根系液泡膜功能的机理

研究了0.1 mmol/L 腐胺 (Put) 和0.5 mmol/L 亚精胺 (Spd) 浸种对200 mmol/L NaCl胁迫下大麦(Hordeum vulgare L.)幼苗生长速率、干物质积累、离子分布、液泡膜蛋白结合多胺含量以及液泡膜膜脂组分与功能的影响.结果表明,Put和Spd浸种均可缓解盐胁迫对大麦幼苗的盐害,促进生长和干物质积累,降低大麦幼苗体内[Na+]/[K+].与盐处理的对照植株相比,Put和Spd浸种均可提高大麦幼苗根系液泡膜磷脂含量,降低糖脂结合半乳糖含量,而膜上非共价结合多胺含量Spd+PAx (一种未知多胺) 与 Put+Dap (二氨基丙烷)之比((Spd+PAx)/(Put+Dap))、共价和非共价结合多胺总量均上升.统计分析结果表明,液泡膜非共价结合多胺(Spd+PAx)/(Put+Dap)与H+-ATPase和H+-PPase活性呈显著正相关关系.     

刚毛柽柳液泡膜H~+-PPase基因的克隆与胁迫下的表达分析

通过对刚毛柽柳转录组分析,鉴定获得1个液泡膜H~+-PPase基因的cDNA序列,命名为ThVP1。该cDNA序列全长3 022bp,开放阅读框为2 298bp,编码765个氨基酸,编码蛋白相对分子质量80.37kD,理论等电点5.25。ThVP1编码蛋白的疏水性较强,含有13个跨膜区。氨基酸多序列比对结果显示,ThVP1具有典型的液泡膜H~+-PPase家族3个高度保守片段(CS1、CS2和CS3),与大豆VP1氨基酸序列一致性最高,为93%。系统进化分析表明,ThVP1属于I型液泡膜H~+-PPase基因。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NaCl和PEG胁迫下,ThVP1在柽柳根和叶中均呈现明显上调表达,表达量最高达到对照的20.9倍,暗示ThVP1可能在刚毛柽柳抗旱耐盐过程中发挥重要作用。     

植物Na+/H+反向转运蛋白的研究进展

盐胁迫是限制植物生长发育的主要因素之一,植物Na+/H+反向转运蛋白可通过将Na+逆向转运出细胞外或将Na+区隔化于液泡中来抵制环境中过高的Na+浓度.植物中Na+/H+反向转运蛋白存在于细胞质膜和液泡膜上,现在已得到多种编码这些Na+/H+反向转运蛋白的基因,对其结构功能特性进行了大量研究,并发现将这些基因转入非抗盐植物中过量表达可提高转基因植物的抗盐性.概述了Na+/H+反向转运蛋白及其编码基因的最新研究进展.     

玉米根尖细胞液泡膜结合的蛋白激酶的存在及其性质

为了解液泡膜蛋白在植物细胞信号途径中的功能,用新型的非放射性同位素方法从玉米根细胞的高纯度液泡膜上鉴定出一种膜内在的蛋白激酶.这种蛋白激酶具有Ca2+依赖、CaM和磷脂酰丝氨酸不依赖等特性,与已在多种植物中报道的含有类似钙调素结构域的蛋白激酶CDPK相似.离体实验表明其活性的最适pH值为6.5,最适Ca2+浓度为10 μmol/L.从最适pH值和去污剂的影响可以推测出其活性位点朝向胞质一侧.Zn2+对其活性没有明显的抑制作用,说明该激酶缺少某些哺乳动物的蛋白激酶常含有的锌指结构.当液泡膜蛋白在Ca2+和ATP存在的条件下被预磷酸化后,液泡膜H+-ATPase的ATP水解和质子转运过程均被激活.激活的活性可以被碱性磷酸酶逆转.以上结果说明玉米根尖细胞的液泡膜中存在一种可能是CDPK的蛋白激酶.由它造成的Ca2+依赖的磷酸化作用激活了液泡膜H+-ATPase的活性.这些结果将有助于深入研究CDPK在植物细胞信号转导中的功能.     

K^＋营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬生长及叶片液泡膜V—H^＋—ATP和V—H^＋—PPase活性的影响

对溶液培养的盐地碱蓬（Suaeda salsa L.)幼苗进行不同浓度NaCl胁迫并改变培养液中K^ 浓度,以了解K^ 营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬幼苗生长及叶片液泡膜V－H^ -ATPase、V－H^ -PPase活性的影响。提高培养液K^ 浓度可明显增加盐胁迫下碱蓬植株的鲜重、干重,促进盐地碱蓬叶片及根部组织K^ 积累。盐地碱蓬叶片液泡膜V－H^ -ATPase至少由A、B、C、D、E及c亚基组成,其表达量在缺K^ 处理（12μmol/L K^ )下随盐胁迫浓度的增加而减小,而在正常K^ （6mmol/L)培养下则随盐胁迫浓度的增加而增加;盐地碱蓬叶片液泡膜V－H^ -PPase分子量为72kD,在缺K^ 和正常K^ 供应情况下,V－H^ -PPase均有较高表达。V－H^ -ATPase及V－H^ -PPase活性变化与其亚基表达量变化基本成正相关。结果表明：K^ 对盐生植物碱蓬的耐盐性有重要作用,盐胁迫下,K^ 可能参与了V－H^ -ATPase和V－H^ -PPase活性调控。     

盐地碱蓬叶片液泡膜H+-ATPase B亚基的克隆及盐胁迫下表达分析

植物液泡膜H -ATPase在建立跨液泡膜质子梯度、促进液泡Na 区域化、提高植物耐盐性方面发挥着重要作用.本实验从盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)cDNA文库分离到碱蓬叶片液泡膜H -ATPase B亚基cDNA克隆.测序表明该基因长达1 974 bp,开放阅读框有1 470 bp编码489个氨基酸,含有一个保守的ATP结合位点,其蛋白分子量约为54.29 kD.Northem及Western印迹表明盐地碱蓬液泡膜H -ATPase B亚基表达明显受NaCl胁迫诱导,并且在NaCl胁迫下,B亚基在转录及翻译水平上与液泡膜H -ATPase c亚基存在协同作用.盐胁迫下,盐地碱蓬液泡H -ATPase B亚基与c亚基的协同表达增加了液泡H -ATPase的数量,从而提高了液泡H -ATPase活性,为碱蓬叶片液泡Na 区域化提供了动力,最终提高了碱蓬植株的耐盐性.     

低温、高pH胁迫对水稻幼苗根系质膜、液泡膜ATP酶活性的影响

以耐冷性不同的两个水稻品种为材料,比较研究了幼苗根系质膜、液泡膜ATP酶对低温(8℃)及高pH(8.0)胁迫的反应。结果表明水稻根细胞质膜和液泡膜上均存在Ca3+-ATP酶,但活性远低于H+-ATP酶。耐冷品种武育粳3号经低温(8℃)处理2d,根系质膜和液泡膜H+-ATP酶、Ca2+-ATP酶活性均明显升高,至冷处理12d,H+-ATP酶、Ca2+-ATP酶活性有所下降,但仍与对照相近;而冷敏感品种汕优63经低温(8℃)处理2d,根系质膜H+-ATP酶活性略有升高,而质膜Ca2+-ATP酶以及液泡膜H+-ATP酶、Ca2+-ATP酶活性已明显下降;至冷处理12d,4种酶活性均明显低于对照。高pH胁迫使质膜和液泡膜H+-ATP酶活性下降,而使Ca2+-ATP酶活性上升。高pH胁迫会加剧低温冷害。结果表明,耐冷品种质膜、液泡膜ATP酶比冷敏感品种对低温胁迫有更强的适应能力。     

NaCl胁迫对盐芥质膜和液泡膜ATPase活性的影响

以盐生植物盐芥和中生植物拟南芥幼苗为材料,研究了盐胁迫对它们叶片和根质膜、液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性以及H+-ATPase、Na+/H+ 逆向转运蛋白表达的影响.结果显示:在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根质膜的H+-ATPase活性分别比对照显著升高41%～212%和35%～53%,液泡膜的H+-ATPase分别显著升高281%～373%和4%～38%,而拟南芥却比相应对照都显著降低;相同盐浓度胁迫下,盐芥叶片的H+-ATPase活性比根部高4～8倍,盐芥根也远高于拟南芥.在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根的液泡膜H+-ATPase蛋白质β亚基含量变化与其酶活性变化趋势一致,质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白的表达量与Na+含量变化趋势一致.盐胁迫下盐芥根中Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性的增加与根中Ca2+和K+含量呈显著正相关.研究发现,在盐胁迫条件下,盐芥能有效增强H+-ATPase蛋白和Na+/H+逆向转运蛋白表达,显著提高其根系与叶片质膜和液泡膜的H+-ATPase、Ca2+-ATPase和K+-ATPase活性,维持细胞质中较高的Ca2+和K+水平,从而缓解盐胁迫的伤害,增强耐盐性.     

新疆盐生植物车前PmNHX1基因的克隆及生物信息学分析

盐分对植物的伤害主要是Na+引起的,而Na+/H+逆向运输蛋白催化Na+/H+逆向跨膜运输,从而使质膜上Na+运出细胞和液泡膜中的Na+区隔化。这是植物尤其是盐生植物抵御盐胁迫的主要方式之一。根据不同植物编码液泡膜逆向运输蛋白基因的保守序列,设计简并引物,采用RT-PCR和RACE技术,首次从新疆盐生植物车前（Plantago maritima）中克隆到Na+/H+逆向运输蛋白基因的cDNA全长2464 bp,命名为PmNHX1(GenBank登录号：EU233808),该基因编码区长为1 662bp,编码553个氨基酸,理论分子量为61.16kDa,等电点为7.22。数据分析结果显示,该蛋白质主要定位于液泡膜上,由12个序列保守的跨膜结构域组成,其中TM3跨膜结构域上存在“LFFIYLLPPI”-氨氯吡嗪咪结合域,并且该位点与Na+有竞争作用。PmNHX1逆向运输蛋白与其他植物逆向运输蛋白的氨基酸同源性为64％~80％。通过生物信息学方法对其理化性质和功能分析进行预测,这为进一步研究转耐盐基因PmNHX1及其功能鉴定奠定了基础。     

NaCl和Na2CO3对盐地碱蓬胁迫效应的比较

在相同的Na 浓度(如100 mmol/L)下,NaCl处理促进碱蓬植株干重增加,提高根系活力,而Na2CO3处理导致植株干重减少,根系活力降低;与NaCl胁迫相比,Na2CO3胁迫下叶片内Na 含量上升和K 含量下降幅度更大,叶肉细胞质Na 含量和叶内脯氨酸含量增加幅度更大,而V-H -ATPase(液泡膜H -ATPase)和V-H -PPase (液泡膜H -PPase)增加幅度较少;与NaCl胁迫不同,Na2CO3胁迫下SOD(超氧化物歧化酶)活性不是增加,而是降低,与此相一致,MDA(丙二醛)含量大幅度增加.上述结果表明,碱蓬对Na2CO3胁迫的抗性低于对NaCl的抗性,这可能与Na2CO3胁迫引起的Na 、K 离子严重失衡、活性氧清除能力降低有关.     

NaCl胁迫下大麦根系液泡膜H+-ATPase活性与膜流动性的关系

用50～200 mmol/L NaCl处理2 d后,大麦(Hordeum vulgare L.)品种"滩引2号"(耐盐性强)根的液泡膜H+-ATPase活性增强,600 mmol/L NaCl处理下酶活性下降;"科品7号"(耐盐性弱)在50～100 mmol/L NaCl处理2 d后根的液泡膜H+-ATPase活性增强,200～600 mmol/L NaCl处理下酶活性随盐浓度增加而降低.50～200 mmol/L NaCl处理下"滩引2号"根的液泡膜流动性下降,600 mmol/L NaCl处理下膜流动性明显增大;盐胁迫下液泡膜膜脂脂肪酸不饱和度下降时,膜流动性下降,反之则膜流动性上升.由此推断高盐胁迫下液泡膜膜脂脂肪酸不饱和度上升而引起膜流动性上升可能是引起H+-ATPase活性下降的原因之一.