水稻谷胱甘肽过氧化物酶基因OsGPX3 和OsGPX4的分子特性研究

植物谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)是清除体内活性氧的一种关键酶,在植物抗逆反应中发挥重要作用.本研究从水稻中克隆到2个GPX基因,分别为OsGPX3和OsGPX4.OsGPX3和OsGPX4分别编码238和234个氨基酸组成的蛋白质,预测分子量分别是25.84 kD和25.07 kD.两个基因都包含5个内含子,但是两个基因所对应的内含子长度具有较大变异.组织表达谱分析发现这2个基因在根、茎、叶和叶鞘中均表达,是组成型表达基因.在大肠杆菌中表达并纯化了这2个基因的重组蛋白,酶活性分析显示OsGPX3和OsGPX4蛋白对底物H₂O₂、tBOOH和COOH具有较高活性,但是OsGPX3对3种底物的活性均高于OsGPX4,蛋白质酶活性的差异预示着这2个基因可能存在功能上的分化.     

小立碗藓GPX家族的功能分化与催化特性研究

谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)在植物抵抗氧化胁迫中发挥重要作用。该研究从小立碗藓(Physcomitrella patens)基因组中挖掘到3个GPX基因,分别命名为PpGPX1、PpGPX2和PpGPX3。其中PpGPX1和PpGPX3只含有1个外显子,而PpGPX2含有6个外显子。表达模式分析发现PpGPX1和PpGPX2在检测的所有条件下均表达,而PpGPX3在检测的所有条件下均不表达。蛋白亚细胞定位分析发现,PpGPX1蛋白定位在细胞质,而PpGPX2蛋白定位在叶绿体。在大肠杆菌中表达并纯化了PpGPX1和PpGPX2蛋白,酶学性质分析发现,PpGPX1和PpGPX2蛋白均只能利用Trx电子供体系统,而不能利用GSH电子供体系统;PpGPX2蛋白对过氧化物底物的催化活性和催化效率均高于PpGPX1。基因结构、表达模式、亚细胞定位和蛋白酶学性质的差异预示小立碗藓GPX基因家族成员发生了功能分化,将PpGPX2蛋白的Pro158、Phe167和Phe172氨基酸残基均突变为Ala,发现突变体蛋白对底物催化活性降低,说明这3个氨基酸位点对PpGPX2蛋白具有重要催化活性。     

中国石灰岩专性凤仙花叶表皮特征及其分类学意义

通过光学显微镜和扫描电镜技术对中国产的8种凤仙花科植物叶表皮微形态特征进行了实验研究,其中6种产于石灰岩地区,另外2种作为对照.结果表明,中国石灰岩地区的6种凤仙花的叶表皮微形态上、下表皮差异明显,上表皮细胞为不规则形和多边形,一般不具气孔器;下表皮细胞均为不规则形,均具气孔器,气孔器多为不等型.上、下表皮细胞形状、垂...     

‘741杨’D2类细胞周期蛋白基因的克隆及功能鉴定

D类细胞周期蛋白(D-type cyclin,CYCD)调控细胞周期G1/S期转变。CYCD与细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)结合形成CYCD/CDK复合物,被激活的CYCD/CDK复合物通过磷酸化下游细胞周期响应因子调控细胞周期有序进行,进而影响植物的生长发育。该研究以‘741杨’为实验材料,成功鉴定得到1个D2类细胞周期蛋白基因(PtoCYCD2;1)。研究表明:(1)实时定量PCR(qRT-PCR)显示,PtoCYCD2;1基因在根、茎、叶、叶柄、树皮和木质部中均有表达,在叶中的相对表达水平最高。(2)亚细胞定位表明PtoCYCD2;1蛋白定位于细胞核。(3)与野生型(Wild-Type poplar,WT)相比,过表达PtoCYCD2;1基因的‘741杨’出现株高降低,茎直径减小,叶片明显下卷的表型。(4)扫描电镜分析(SEM)显示,转基因杨树叶片的上表皮细胞平均面积变小,细胞数量增多;树脂切片结果显示与WT相比,转基因杨树叶片的栅栏组织和海绵组织的细胞间隙疏松。(5)qRT-PCR结果显示,转基因杨树中细胞周期调控基因CDKA;1、CDKB1;1和CDKB2;1的表达水平显著上调,植物成视网膜细胞瘤相关蛋白1(retinoblastoma-related protein1,RBR1)基因、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(kip-related protein,KRP)基因的表达水平显著下调。该研究结果为进一步研究木本植物CYCD2基因的功能奠定了基础。     

胡杨甜菜碱醛脱氢酶基因的功能分化

甜菜碱醛脱氢酶(BADH)在植物抗逆反应中发挥着重要作用。文中从胡杨cDNA克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶基因,分别命名为PeBADH1和PeBADH2。PeBADH1和PeBADH2均编码503个氨基酸的蛋白质,预测分子量分别是54.93 kDa和54.90 kDa。组织表达模式分析发现这2个基因在正常生长、盐和H2O2胁迫下,在不同组织中的表达模式有较大差异。在大肠杆菌中表达并纯化了2个基因的重组蛋白。酶活性分析显示PeBADH1和PeBADH2蛋白对底物的活性分别是0.073μmol/(min.mg)和0.107μmol/(min.mg)。热力学稳定性分析显示这2个蛋白的热力学稳定性具有明显差异。因此,基因表达模式差异与蛋白质酶学性质的不同预示着这2个基因可能存在功能上的分化。     

毛白杨PtoGSTF4基因克隆及相关特性鉴定

该研究从毛白杨中克隆到1个Phi类谷胱苷肽S-转移酶（GST）基因（PtoGSTF4）,编码213个氨基酸。表达模式分析发现,PtoGSTF4在正常生长、H₂O₂和莠去津处理后的茎、叶以及茎的韧皮部均表达,属于组成型表达基因。在大肠杆菌中表达并纯化了PtoGSTF4重组蛋白,酶学性质分析表明PtoGSTF4对CDNB、NBD-Cl、NBC和Cum-OOH等4种底物均有活性。动力学分析发现,PtoGSTF4对GSH具有较高的亲和力,而对CDNB的亲和力相对较低。在不同pH及温度条件下对PtoGSTF4蛋白进行活性检测,发现PtoGSTF4在pH 7.5~10.5范围内或30 ℃~60 ℃温度范围内有较高的活性。研究推测,PtoGSTF4可能在毛白杨的抗逆生理中发挥重要作用。     

植物固醇合成途径关键基因CPI1的功能进化

固醇是真核生物膜的重要组分, 在生长发育中具有重要作用。CPI1 (CYCLOPROPYL STEROL ISOMERASE1)基因是植物特有的固醇合成途径基因, 其编码产物为环丙基固醇异构酶。目前只有拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CPI1基因被克隆并解析。研究发现, 从藻类到高等开花植物中均存在单一拷贝的CPI1基因。陆生植物CPI1的基因结构及其所编码的氨基酸序列均高度保守, 蛋白质序列相似性范围为48%–90%, 但陆生植物CPI1与绿藻CPI1的蛋白序列之间存在显著差异。蛋白质结构预测发现CPI1具有非常相似的拓扑结构, 均具有7个跨膜结构域和6个亲水环。组织表达模式分析显示, 陆生植物CPI1在不同组织中均表达, 是组成型表达基因。为了验证CPI1基因的功能, 克隆了二穗短柄草(Brachypodium distachyon)BdCPI1基因, 并转化拟南芥cpi1-1突变体。结果表明, BdCPI1能完全回补cpi1-1突变体的表型。基于单拷贝基因数目、保守的基因结构和蛋白质拓扑结构及基因表达模式, 推测CPI1基因的功能可能在陆生植物中高度保守。     

江南卷柏脱氢抗坏血酸还原酶的分子特性

脱氢抗坏血酸还原酶 (DHAR) 在植物抗坏血酸?谷胱甘肽循环中发挥着重要作用。利用同源克隆技术从江南卷柏中克隆到2个脱氢抗坏血酸还原酶基因,分别命名为SmDHAR1和SmDHAR2。SmDHAR1和SmDHAR2分别编码218和241个氨基酸,预测分子量分别是23.97 kDa和27.33 kDa。基因组序列分析显示这2个基因分别含有5和6个内含子。器官表达模式分析发现这2个基因在根、茎、叶中均有表达,是组成型表达基因。在大肠杆菌中表达并纯化了2个基因的重组蛋白。酶活性分析显示SmDHAR1和SmDHAR2蛋白对底物DHA的活性有显著差异,分别是19.76和0.17 μmol/(min·mg)。热力学稳定性分析显示这2个重组蛋白的热力学稳定性具有明显差异。因此,基因结构与酶学性质的差异预示着这2个基因可能存在功能上的分化。     

转录组学对转基因杨树表型变化的代谢调控机制解析北大核心CSCD

D型细胞周期蛋白(D-type cyclin)调控着细胞周期G1/S的转变,在植物生长发育过程中发挥重要作用。转基因杨树PtoCYCD2;1(OE-PtoCYCD2;1)植株出现明显的表型变化,株高降低,茎粗变细且叶片发生卷曲。该研究以转基因杨树OE-PtoCYCD2;1为研究材料,通过转录组学测序和生理指标变化并结合植株表型特征分析PtoCYCD2;1在植物生长发育中的功能,为研究木本植物D型细胞周期蛋白功能提供理论基础。结果表明:(1)在OE-PtoCYCD2;1中共鉴定得到1269个差异表达基因,其中有700个上调表达,569个下调表达。分析发现,有26个属于AP2/ERF转录因子的基因上调表达;有8个下调的差异表达基因富集在木质部合成通路中;在碳代谢通路中共富集27个下调差异表达基因,其中有8个基因富集到卡尔文循环通路中。(2)qRT-PCR实验结果显示,9个差异表达基因的qRT-PCR结果与RNA-seq测定的表达水平变化趋势一致,表明所用RNA-seq结果可靠。(3)生理指标分析发现,与野生型(WT)相比,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1的幼叶和成熟叶的总叶绿素含量分别增加57.36%和78.22%;成熟叶的可溶性糖含量下降了12.72%;幼叶和成熟叶中的木质素含量分别下降了4.48%和8.03%;幼茎和成熟茎中的木质素含量分别下降了20.03%和31.63%。研究认为,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1通过影响杨树碳代谢和木质素合成过程中相关基因的表达,从而造成转基因植株相应代谢物含量减少,最终导致植株表型改变,总体生物量降低。     

毛白杨两个Phi类GST基因的克隆及生化特性

谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase,GST)在植物的抗逆反应、细胞信号转导和抗病等方面发挥着重要作用.从毛白杨(Populus tomentosa)中克隆到2个Phi类GS7因(PtoGSTF1和PtoGSTF2),它们分别编码215和218个氨基酸残基的蛋白质.DNA序列分析显示这2个基因均含有2个内含子.组织表达模式分析表明,这2个基因在毛白杨的根、茎、叶、韧皮部和顶芽组织中均表达,是组成型表达基因.在大肠杆菌中表达这2个基因并纯化重组蛋白.酶活性分析显示PtoGSTF1和PtoGSTF2蛋白对底物CDNB、NBD-CI、NBC和Cum-OOH都具有酶学活性,但活性差异较大.动力学分析显示,PtoGSTF2对NBD-CI的亲和力是PtoGSTF1的2.5倍,但PtoGSTF1的催化效率是PtoGSTF2的56.8倍.热力学稳定性分析显示,PtoGSTF1比PtoGSTF2具有更高的热力学稳定性.因此,酶学性质的差异预示着这2个Phi类GS7基因可能存在功能上的分化.