植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展

铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素, 铁离子的吸收、转运和利用是一个复杂的过程, 很多基因参与了这一过程。本文对近10年来发现和分离的参与植物铁吸收、转运及调控的基因研究进展进行了综述。根据最近的研究结果, 提出了植物控制铁吸收的分子调控模式(机理I)。     

植物硼营养研究的重要进展与展望

硼是高等植物必需的矿质营养元素, 但是人们对硼行使生理功能及其分子机理的认识远落后于其它必需营养元素。近几年国际上植物硼营养的研究取得了一些重要的突破。首先是进一步明确了B-RG-II复合物的形成及其影响细胞壁结构和功能的分子机制, 并且发现B-RG-II的形成及其含量与陆生植物的进化密切相关。其次是在拟南芥中克隆了第一个植物硼转运子基因 BOR1, 并揭示了它的作用机理; 通过转基因实验证明了植物硼的高效吸收与水通道基因NIP5;1密切相关。进而通过大量的种质筛选, 从油菜、小麦、大麦及棉花等农作物中获得一批硼高效吸收利用的优异种质材料, 并开展了硼高效QTL定位和克隆。本文详细综述了以上几个方面的研究进展, 并对进一步的研究做了展望。     

植物蔗糖转运蛋白的基因与功能

蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要( 甚至唯一) 形式, 为植物生长发育提供碳架与能量。蔗糖转运蛋白(sucrose transporter, SUT)负责蔗糖的跨膜运输, 在韧皮部介导的源-库蔗糖运输, 以及库组织的蔗糖供给中起关键作用。自从菠菜中克隆到第一个SUT基因以来, 已先后有多个SUT基因的cDNA得到克隆与功能分析, 涉及34种双子叶与单子叶植物。每种植物都有一个中等规模 的SUT基因家族, 其不同成员之间具有较高的氨基酸序列同源性, 但在蔗糖吸收的动力学特性、转运底物的特异性和表达谱等方面存在差异。本文系统介绍国内外(主要是国外)在植物SUT基因的克隆、分类与进化、细胞定位与功能, 以及研究方法等方面的研究进展, 并简要介绍我们在橡胶树SUT基因研究上的初步结果。     

不同氮素供应下水稻酚类物质代谢关键酶基因差异表达

运用实时荧光定量PCR技术探讨了不同供氮条件下强化感与弱化感水稻苯丙烷代谢途径中9个关键酶基因的表达差异。结果表明,与正常氮素供应相比,低氮胁迫引起强化感水稻‘P1312777’中与酚类代谢途径相关的9个关键酶基因表达量均上调,表达量增幅在1.9～5.4倍之间,且以PAL基因上调倍数最大。而弱化感水稻‘Lemont’则相反,只有2个基因(苯丙氨酸裂解酶基因和肉桂酰CoA基因)表达上调,但上调倍数分别是强化感水稻对应的基因的22%和74%,其余的7个基因表达均下调,降幅在29%～72%之间,表明低氮胁迫诱发的水稻化感抑草能力增强与其体内酚类物质合成代谢增强有关。     

拟柱孢藻N8全基因组测序及磷吸收转运通路的比较分析

为从分子水平解析热带特征性蓝藻-拉氏拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii, 简称拟柱孢藻)环境适应机制, 研究以广东省镇海水库中分离的拟柱孢藻藻株N8为材料, 采用PacBio单分子实时测序技术(Single Molecule Real-Time, SMRT)进行测序, 并初步进行全基因组特征的比较分析。结果显示拟柱孢藻N8全基因组大小为3.857 Mb, GC含量为40.13 %, 预测编码基因个数为3598个, 在COG、KEGG和GO数据库中注释到的基因数分别为2429、1664和2244个。N8藻株与美国国立生物技术信息中心(NCBI)上公布的27株拟柱孢藻基因组大小和GC含量基本一致, 但N8的编码基因数最多。基于拟柱孢藻全基因组单拷贝基因的系统进化树表明N8藻株与韩国藻株GIHE 2018的亲缘关系最近。N8藻株的基因组中未发现拟柱孢藻毒素(CYN)和石房蛤毒素(STX)合成酶基因簇, 表明该藻株不产蓝藻毒素CYN和STX。对N8藻株和其他7藻株的磷吸收转运通路比较分析表明, 这些藻株均拥有较为完整的磷吸收转运基因(双组分调节系统、低亲和力无机磷转运基因、高亲和力无机磷转运系统、有机磷酸盐转运复合体、C-P裂解酶和碱性磷酸酶), 表明拟柱孢藻具有灵活利用环境中不同形态磷源的潜能; 而不同藻株间的基因拷贝数和排列顺序存在差异, 如拟柱孢藻N8基因组中有2个C-P裂解酶复合体蛋白phnF和phnM, 其余7株拟柱孢藻则只有1个, 表明拟柱孢藻存在株系特异性。N8藻株为中国首株公开完成全基因组测序数据的拟柱孢藻, 对其基因组分析和磷吸收转运通路的解析将有助于阐明华南地区拟柱孢藻水华优势形成的分子机制。     

海洋微生物铁载体的研究进展

铁是影响初级生产力的主要限制性因子之一,其在海洋环境中的分布具有空间异质性。由于铁在海洋中主要以溶解度较低、易沉降的三价态（Fe³⁺）形式存在,因此溶解铁对海洋生物而言是一种稀缺资源。为了获得生命代谢所需的铁,微生物进化出多种铁摄取的策略来满足需求,其中铁载体（siderophores）是最典型的代表。铁载体作为重要的代谢辅因子,除了铁循环以外,也强烈影响着其他元素的循环。基于铁载体的重要性,深入理解它的合成、转运和调控机制是系统认识海洋铁循环和生命过程的重要环节之一。本文以近20年的研究为重点,总结了铁载体的最新进展,包括其类型、合成/运输系统、获取途径、调控机制以及铁载体的功能与应用,旨在更好地认识铁载体在海洋微生物生态学过程中的作用,加深对海洋铁循环动力学机制的理解。     

PstS和PstB调控无机磷酸盐转运和介导细菌耐药的机制

无机磷酸盐(Pi)在菌体遗传、能量代谢及细胞内的信号传导等生物过程中发挥重要的作用。在细菌中,主要由磷酸盐特殊转运系统(Pst)和磷酸盐转运系统(Pit)来完成对Pi的吸收和利用。其中,Pst是在低磷胁迫下转运Pi的关键系统。近年来的研究表明,Pst系统除在调控Pi的代谢和平衡中发挥重要作用外,还介导细菌耐药、产毒和侵袭等。Pst系统是ABC转运蛋白家族的一种,一般由PstS、PstC、PstA、PstB和PhoU5个蛋白组成。其中,PstS和PstB蛋白是该系统中的关键蛋白。本文重点对PstS和PstB调控Pi转运和介导细菌耐药的分子机制进行综述,旨在为深入研究该系统与细菌耐药的关系,以及研发以PstS和PstB为靶点的新药提供参考。     

缺失宿主Vta1蛋白的MIT结构域对杆状病毒AcMNPV复制的影响

【目的】克隆草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)Vta1基因,检测Vta1在苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)复制中的作用。【方法】利用反转录-PCR与PCR方法筛选草地贪夜蛾Vta1基因及缺失Vta1N-端MIT结构域的突变体并构建其瞬时表达质粒,通过转染Sf9细胞检测表达;构建Vta1及其突变体的双分子荧光互补表达质粒,并通过瞬时转染检测其与Vps4及ESCRT-III亚基Vps46与Vps60的相互作用;共转染gp64与Vta1及其突变体瞬时表达质粒,检测瞬时表达Vta1突变体对AcMNPV出芽型病毒产量及病毒基因启动子指导报告基因表达的影响。【结果】获得了草地贪夜蛾Vta1基因。氨基酸序列相似性分析表明,昆虫、酵母与人类Vta1同源蛋白的相似性分别约为20%与50%。Western blotting分析表明GFP标签的Vta1及其突变体均能在瞬时转染的Sf9细胞中表达。双分子荧光互补分析发现,缺失第1个或第2个MIT结构域显著降低Vta1突变体与Vps4、Vps46或Vps60的相互作用。此外,瞬时表达Vta1突变体显著降低了AcMNPV感染性出芽型病毒的产量,但并未影响AcMNPVie1基因早期启动子和p6.9基因晚期启动子指导的LacZ和GUS报告基因的表达。【结论】Vta1可能参与杆状病毒AcMNPV子代病毒粒子的组装和/或出芽释放过程。     

白细胞介素-2对大鼠心肌Ca2+ATPase和Na+ /K+ATPase的影响

为了探讨IL－2对心肌细胞内钙影响的可能机制,用光学法检测心肌肌浆网Ca^2 ATPase的活性,以及细胞膜Ca^2 ATPase和Na^ /K^ ATPase的活性。结果：（1）用IL－2（10、40、200、800U/ml）灌流心脏后,其肌浆网Ca^2 ATPase的活性随IL－2浓度的升高而增强;（2）在ATP浓度为0.1-4mmol/L时,Ca^2 ATPase的活性随ATP浓度的升庙则增强,由IL－2（200U／ml）灌流后的心脏获得肌浆网（SR）,其Ca^2 ATPase的活性对ATP的反应强于对照组;（3）在[Ca^2 ]为1－40μmol/L时,心脏SR Ca^2 ATPase的活性随[Ca^2 ]增加而增强,而IL－2灌流心脏后分离的SR,其Ca^2 ATPase活性在[Ca^2 ]升高时没有明显改变;（4）用nor-BNI(10nmol/L）预处理5min后,IL－2（200U／ml）灌流后不再使SR Ca^2 ATPase的活性增强;（5）用PTX（5mg/L）预处理后,IL－2对SR Ca^2 ATPase的影响减弱;（6）用磷脂酶C（PLC）抑制剂U73122（5μmol/L）处理后,IL－2不再使SR Ca^2 ATPase活性增高;（7）用IL－2直接处理从正常大鼠分离的SR后,对SR Ca^2 ATPase活性无明显影响;（8）IL－2灌流后,对心肌细胞膜Ca^2 ATPase和Na^ /K^ ATPase活性没有显著。上述结果表明,IL－2灌流心脏后使心肌肌浆网Ca^2 ATPase的活性增加,心肌细胞膜上的κ－阿片受体及其下游的G蛋白和PLC介导了IL－2的作用。尽管IL－2提高SR Ca^2 ATPase对ATP的反应性,但却抑制SR Ca^2 ATPase对钙离子的敏感性。IL－2对心肌细胞膜Ca^2 ATPase和Na^ /K^ ATPase的活性无明显影响。     

自发性高血压大鼠心肌和血管组织牛磺酸的转运障碍

在自发性高血压大鼠（SHR）的心肌和主动脉血管组织上观察牛磺酸（taurine)转运和牛磺酸转运体（taurine transporter,TAUT) mRNA 的改变,结果显示,与对照组WKY大鼠相比,SHR组血浆牛磺酸水平和牛磺酸释放量增加,而心肌和血管组织牛磺酸水平和TAUT mRNA含量均降低,牛磺酸最大转运速率（Vmax)分别低24％和35％（P＜0．05）,米氏常数（Km)值分别高16％和39％（P＜0．05）,这些结果提示,SHR的心肌和血管组织牛磺酸转运障碍可能与TAUT活性和亲和力降低及TAUT基因水平的下调有关。