普通烟草MATE基因家族分析及功能预测

摘要：植物多药和有毒化合物排出家族（multidrug and toxic compound extrusion,MATE）是一类可转运毒素、金属离子、次级代谢产物的次级转运蛋白家族。该家族主要在植物的解毒机制中发挥作用,部分成员也参与植物的形态建成过程。MATE家族在烟草基因组中的数量、特征及功能目前尚未开展系统分析。本研究利用生物信息学方法对普通烟草（Nicotiana tabacum）基因组中的MATE基因进行了预测分析,共预测到131个基因,分为4个亚家族。亚家族3在进化树中形成较为独立的分枝,其跨膜区数量、亚细胞定位、保守结构域方面与其他亚家族不同。转录组数据显示,相当一部分MATE家族基因在所有组织中低量表达。GO功能注释结果表明该家族成员主要作为一种转运体,在应激响应、生物调控等过程中发挥作用。本研究为烟草及其他植物中MATE家族的鉴定和功能研究提供了数据基础。     

发菜磷酸葡糖胺变位酶(glmM)对干旱胁迫的响应及其基因克隆

glmM编码的磷酸葡糖胺变位酶是肽聚糖合成前体的关键酶。为探究发菜glmM响应干旱胁迫的表达调控机制及明确其分子信息,本研究对干旱胁迫条件下发菜glmM在转录水平的差异表达进行了分析,并对glmM的表达水平、磷酸化修饰、乙酰化修饰和琥珀酰化修饰水平进行了检测,克隆了发菜glmM,进行了序列分析和原核表达。结果表明,干旱胁迫条件下,发菜glmM在转录水平上的表达量先增加后减少,glmM上调表达,glmM的磷酸化修饰水平逐渐增加,乙酰化修饰水平相对稳定,琥珀酰化修饰水平有明显变化。设计特异性引物克隆glmM基因,获得全长1416 bp发菜glmM基因,与肺衣(5183)glmM的核苷酸序列同源性为95%,氨基酸同源性为97%。将glmM在大肠杆菌中表达,获得一个51.45 kD的外源蛋白,MALDI-TOF-TOF/MS分析证明该蛋白为磷酸葡糖胺变位酶。研究结果为深入研究发菜glmM的分子信息、生物学功能及其响应干旱胁迫的分子机制提供帮助。     

肽核酸的分子生物学效应及应用

肽核酸(PNA)是一类以酰胺键连接骨架替代核酸中核糖磷酸二酯键骨架构成的核酸类似物,其中N-乙基甘氨酸骨架PNA与核酸链以Waston-Crick碱基配对形式稳定互补结合,具有广泛生物学效应,包括调节DNA识别蛋白质的功能以及调节转录和翻译.在分子生物学研究中PNA作为新的工具在多方面得到应用.除它的DNA(RNA)结合特性外PNA在生物稳定性、细胞摄取、结构修饰多方面的研究进展显示出作为基因调节药物具有良好前景.     

小肽激素调控植物生长发育及逆境生理研究进展

小肽激素通常是指含5-100个氨基酸长度的肽段。在植物体内小肽激素含量很低、分子量小、数量多、来源及加工成熟机制复杂,这赋予了小肽多种多样的生物学功能,能够在极低浓度下与受体结合,调节植物的细胞分裂与生长、组织与器官分化、开花与结实、成熟与衰老等生理过程,协调植物响应多种胁迫环境。小肽激素作为细胞间信号转导的重要介质,参与调控生长发育的分子机制是近年来植物学科研究的热点和前沿。本文系统综述了小肽激素的结构、分类及其功能研究进展,重点讨论了CLE、RALFs、PSK、CIF、SYS等家族调控植物生长发育及逆境生理的研究进展,并展望了植物小肽激素的应用前景,为植物小肽激素的深层次研究和开发应用提供了重要的理论基础。     

发菜固氮基因nifD和nifK克隆及其失水条件下的差异表达

nifD和nifK编码钼铁固氮酶中的钼铁蛋白。为了解发菜nifD和nifK分子信息及对水分胁迫的响应机制,该研究设计了简并性引物克隆发菜nifD和nifK全长,进行原核表达和生物信息学分析,并对不同失水状态下发菜nifD和nifK在转录水平的差异表达和固氮酶活性的变化进行分析。结果表明,发菜nifD和nifK全长分别为1 443 bp和1 536 bp (登陆号为分别为KU886164和KU886165);将nifD和nifK在大肠杆菌中表达,分别获得一个约57 kD和58 kD的外源蛋白;生物信息学分析表明,nifD和nifK核苷酸序列和推译的氨基酸序列均与点形念珠藻(Nostoc punctiforme PCC 73102)高度一致性;nifD和nifK的二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和随机卷曲。此外,随着藻体含水量的逐渐降低,发菜nifD和nifK在转录水平上的表达量逐渐增加,但固氮酶活性呈现先增加后下降的趋势。研究结果为深入全面研究发菜固氮酶基因结构及其响应水分胁迫的固氮机理及氮代谢途径提供了基础。     

普通烟草ATⅢ氨基转移酶家族序列鉴定与表达分析

氨基转移酶是5'-磷酸吡哆醛依赖酶,在植物的生长发育和非生物胁迫的反应中起重要作用。ATⅢ氨基转移酶家族(classⅢ aminotransferase family)是转氨酶家族中一个非常重要的亚家族。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组序列信息,鉴定出26个ATⅢ家族成员,对烟草ATⅢ家族进行理化性质分析表明,普通烟草ATⅢ家族成员之间的理化性质差异较大;系统进化和结构域分析显示,烟草ATⅢ家族成员可形成4个分支,同一分支内ATⅢ家族成员的保守结构域的种类和组织形式高度一致;将19个家族成员定位在12条染色体上;分析普通烟草转录组数据,结果显示大多数家族成员在不同组织中都有表达,主要集中在叶脉、打顶后茎和叶、离体叶片等组织。对NtATⅢ1和NtATⅢ2基因的qRT-PCR分析显示,这两个基因主要在植物地上组织中表达。本研究为普通烟草ATⅢ基因的功能研究提供依据。     

抗逆基因AtRPK1启动子关键顺式作用元件的研究

为确定拟南芥抗逆相关基因AtRPK1启动子的顺式功能元件,对其启动子区进行了分段克隆。通过5'端缺失方法得到203、316、604、809 bp 4个启动子片段,分别构建成p1300-pro-GUS表达载体,并转入拟南芥,进行GUS染色和GUS定量检测。通过对809 bp全长启动子转基因拟南芥GUS染色发现,转基因拟南芥的叶片、茎、花、根中均有表达,在分生能力强的组织和维管束集中的组织,AtRPK1基因启动子具有较高启动表达能力。5'端缺失启动子检测结果表明,转录起始点到启动子上游-114位点区域包含AtRPK1基因启动子的关键顺式作用元件。对启动子缺失片段转基因植株利用200 mmol·L-1NaCl胁迫3 h后,β-葡萄糖苷酸酶活力定量检测结果表明,在启动子上游-19位点处的GT-1顺式作用元件GAAAAA可能直接与盐胁迫应答相关。     

番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

肝X受体激动剂通过上调NPC1基因的表达减轻apoE基因敲除小鼠动脉粥样硬化病变程度

本文研究肝X受体（LXR）激动剂对apoE基因敲除小鼠NPC1表达的影响．52只雄性apoE基因敲除小鼠被随机分成4组：（a）基础组（baseline group,n=10）;（b）对照组（control group,n=14）;（c）LXR激动剂治疗组（treatment group,n=14）;（d）LXR激动剂预防组（prevention group,n=14）．各组小鼠均被给予高脂／高胆固醇饲料喂养;基础组小鼠被赋形剂灌胃处理8周;对照组小鼠被赋形剂灌胃处理14周;LXR激动剂治疗组小鼠在前8周被赋形剂灌胃处理,后6周被T0901317灌胃处理;LXR激动剂预防组小鼠被T0901317灌胃处理14周．采用实时定量PCR,Western blot和免疫组织化学方法分别检测组织中NPC1 mRNA和蛋白质的表达;采用酶法测定血清中总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、载脂蛋白A—I（ApoA—I）和载脂蛋白B（ApoB）含量．另外,我们采用RNA干扰技术沉默人THP-1巨噬细胞NPC1基因表达,并将细胞诱导成泡沫细胞,检测T0901317对该细胞胆固醇流出的影响．结果显示,LXR激动剂治疗组和预防组小鼠的血浆TC,TG,HDL-C和ApoA．I水平都较对照组明显增高（P〈0．05）;LXR激动剂治疗组和预防组小鼠的主动脉粥样硬化斑块和脂质条纹明显少于对照组（P〈0．05）,其中治疗组减少了58.3％,预防组减少了64．2％;LXR激动剂治疗组和预防组小鼠的小肠组织、肝脏组织和主动脉NPC1表达上调（P〈0.05）;和正常THP-1巨噬细胞源性泡沫细胞比较,RNA干扰组胆固醇流出明显减少,T0901317处理组胆固醇流出明显增加,总之,LXR激动剂T0901317能减轻高脂高胆固醇饲料喂养的apoE基因敲除小鼠动脉粥样硬化病变程度并上调肝脏组织、小肠组织和主动脉NPC1的表达,NPC1基因沉默能使细胞胆固醇流出减少。