植物低温应答机制及其泛素化修饰研究进展

植物在低温条件下的机体应答主要依赖于植物内部的细胞调控机制。文中综述低温胁迫对植物细胞内信号转导、基因表达、泛素化等修饰方式以及脯氨酸、可溶性糖、SOD酶活性等代谢调节的影响,以期为植物抗低温研究提供借鉴。     

生菜种子低温处理后耐冻性和脂肪酸合成代谢的关系研究

以生菜(Lactuca sativa)种子为研究对象,通过不同时间的吸水处理分析其含水量变化,再通过程序降温处理,分析不同含水量种子发芽率的差异,以及脂肪酸合成有关基因(FAD2、FAD3、PPT、ELOVL)和冷调节基因ICE1的表达。结果表明,种子含水量随吸水时间增加而升高。程序降温至同样的低温冷冻条件下(-20℃、-22℃),吸水时间小于6 h的种子发芽率较高,而吸水8 h以上的种子发芽率显著降低。种子吸水8 h含水量处于饱和状态,在此状态下种子对低温较为敏感,说明含水量对种子耐冻性有影响。冷冻处理后生菜种子基因表达检测结果表明,脂肪酸去饱和酶基因(FAD2、FAD3)、蛋白质棕榈酰基硫脂酶相关基因(PPT）、长链脂肪酸延伸酶相关基因(ELOVL)的表达水平均随着种子含水量增加呈上升趋势,吸胀10 h的种子表达量最高,此时种子由于高含水量所受冷冻伤害最大。基因ICE1在冷冻处理种子中的表达也随着吸水时间增加而升高,在吸水10 h时种子中表达量到最高水平。综上,种子含水量越高,所受冷冻伤害越大。但种子在低温条件下具有一定的抗冷反应,可通过相关基因的过表达调控合成更多不饱和脂肪酸、抗冻蛋白等提高含水种子耐冻性。     

蛋白酶抑制剂对含水生菜种子耐冻性的影响

选取生菜(Lactuca sativa)种子作为试材,外源添加蛋白酶抑制剂2-硝基苯甲酸[5,5'-Dithiobis-(2-nitrobenzoic acid),DTNB]对种子吸胀处理,通过程序降温,分析2-硝基苯甲酸对低温下种子发芽率及生理活性的影响。结果表明,低温下含水生菜种子的致死温度为–20 ℃;外源添加2-硝基苯甲酸2 mmol·L–1时种子发芽率最高,即对种子活性的保护效果显著;在此浓度下种子内SOD活性比对照提高1.38倍,羟基自由基清除能力提高1.17倍;与对照组相比产生两种新的蛋白11 S种子贮藏球蛋白Jug r4和11 S种子贮藏球蛋白2,均属于球蛋白家族,可提高含水种子的耐冻性;低温下种子内积累更小分子量的球蛋白多肽,对种子具有低温保护效果。综上,低温条件下生菜种子产生一定的抗冷反应,外源添加2 mmol·L–1 2-硝基苯甲酸可提高含水种子发芽率及生理活性,产生抗冻蛋白,积累更小分子量的球蛋白多肽进而提高种子抗冻性。     

棕榈酰化蛋白及蛋白质的棕榈酰化研究进展

蛋白质S-棕榈酰化是最常见的具有16碳脂肪酸棕榈酸酯的脂质修饰形式,调节蛋白质的运输和功能。文中主要概括从植物到哺乳动物中发现的具有棕榈酰基转移酶活性的保守DHHC蛋白家族,并介绍蛋白质棕榈酰化的研究方法,及检测棕榈酰化蛋白质的位点预测方法(CSS-Palm、NBA-Palm、TermiNator2)、放射性标记法(用3H棕榈酸酯或125I-IC16棕榈酸酯)和非放射性标记法(化学标记和质谱法),总结蛋白棕榈酰化的抑制技术以及抑制剂类型(包括2-溴棕榈酸酯、浅蓝菌素和衣霉素)。同时概括蛋白棕榈酰化在植物胁迫中的响应,展望其在植物抗逆中的应用前景。     

小白菊内酯及降温速率对含水生菜种子抗冷性的影响

以生菜Lactuca sativa含水种子为试材,通过添加外源动物泛素E3连接酶激活剂小白菊内酯(Parthenolide),及不同降温速率的程序降温处理,研究Parthenolide对程序降温过程中生菜种子抗冷性的影响。结果表明,无论在快速(60 ℃·h-1)还是慢速(3 ℃·h-1)降温过程中,添加Parthenolide都会抑制生菜种子对低温的耐受性,而且发芽率明显比对照组低,这种降低程度在降温至-20 ℃时最为明显,说明在程序降温过程中,泛素化调控通路参与种子对冷冻的响应。通过实时定量荧光PCR对泛素化相关基因和ICE1基因的表达分析表明,Parthenolide抑制了慢速降温过程中环指型E3连接酶COP1和抗冻因子ICE1的mRNA表达水平。Parthenolide对SOD活性的影响进一步证明其影响种子在程序降温过程中的耐冻性机制。     

长寿基因SIRT2在老年病中的调控作用

SIRT2是一种NAD~+依赖的去乙酰化酶,可通过去乙酰化作用于组蛋白和非组蛋白,调节底物的活性与稳定性,参与代谢、氧化应激和炎症等多个衰老相关生理过程。在衰老过程中,活性氧大量积累,氧化应激加剧,并伴随慢性炎症,这一系列过程增加了老年病风险,如神经退行性疾病、心血管疾病和2型糖尿病等。该文对SIRT2在衰老过程及老年病中的调控作用进行了综述,以期为老年病相关的药物研发提供一些理论基础。     

Argonaute蛋白与小RNA的作用机制

RNA干扰(RNA interference, RNAi)是在植物、动物、线虫、真菌以及昆虫等生物体中普遍存在的通过双链RNA(double strand RNA, dsRNA)诱导的抑制同源基因表达的一种保守的调控机制.小分子RNA通过特异性地识别结合RNA诱导的沉默复合体（RNA-induced silencing complex, RISC）对目标mRNA的表达在转录和翻译水平进行抑制.作为RISC的重要组成成分,Argonaute蛋白（Ago）发挥了至关重要的作用.为了进一步阐明Ago蛋白在RNA干扰中对小分子RNA的作用机制,本文介绍了Ago蛋白的结构、分类及其在RNA干扰机制中的作用,并着重阐述了目前已知的植物Ago蛋白对小分子RNA的几种作用机制,以及目前研究发现的Ago蛋白的功能作用,从而更进一步证实Ago蛋白对小分子RNA的作用是一个复杂的过程.