小麦磷酸丙糖转运器的特性及其对同化物分配的调节

磷酸丙糖转运器(tnose phosphate/phosphatetranslocator,TPT)是源、库间光合产物分配的第一调控部位,研究TPT的特性及其对同化物分配的调节,对于提高光合作用同化物利用效率有着重要意义.我们首先采用Percoll密度梯度离心从小麦(Triticum aestivum L.)叶片中分离制备了完整性达91%以上、具有较高纯度的完整叶绿体.利用TPT不可逆抑制剂[H3]2-DIDS标记和SDS-PAGE,以及小麦TPT抗体进行Western blotting分析,证明TPT蛋白仅存在于叶绿体被膜中,约占被膜总蛋白的15%,其分子量为35 kD,而在液泡膜和线粒体膜上不存在.采用硅油离心法研究TPT对磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate,DHAP)、磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)、葡萄糖-6-磷酸(glucose-6-phosphate,G6P)与Pi的反向运输动力学的结果表明,DHAP/Pi的最大运输活性最高,PEP/Pi次之,G6P/Pi最低.TPT与这些运输底物的Km值由小至大,分别为DHAP、Pi、PEP和G6P,证明TPT的最适运输底物为DHAP.用DIDS处理时,TPT对DHAP运输活性的抑制达95%.TPT运输活性受到抑制时,可导致叶绿体内大量积累淀粉.TPT在调控小麦叶绿体同化产物的分配中起着重要作用,在保证卡尔文循环正常运转的前提下,通过TPT外运到胞质中参与蔗糖合成和其他代谢活动的磷酸丙糖(triose phosphate,TP)约占93.6%,而用于叶绿体内合成淀粉的TP仅占6.4%.生理条件下其功能是高效率地把大部分光合同化产物TP及时运出叶绿体到胞质中,用于合成蔗糖并运输到其他库器官的需要.     

小麦磷酸丙糖转运器cDNA的克隆及其基因表达分析

利用RT-PCR方法以及RACE(rapid amplification of cDNA ends)策略,从小麦(Triticum aestivum L.) 幼苗叶片中克隆了编码磷酸丙糖转运器(TPT)的全长cDNA.序列分析结果表明,小麦TPT cDNA编码402个氨基酸的前体蛋白,其中信号肽含有78个氨基酸.成熟蛋白部分与玉米(Zea mays L.)TPT有很高的同源性(89%).推测小麦TPT成熟蛋白有8个跨膜区,形成双亲α-螺旋的跨膜结构.位于第7个跨膜区的Arg-274和Lys-275可能是底物结合位点.比较TPT基因在小麦幼苗的根、胚芽鞘、叶片和种子中的表达差异表明:TPT基因在叶片、胚芽鞘中均有表达,但在胚芽鞘中的表达量较低,在种子和根中未见有表达.由此看来,小麦TPT的基因可能只局限在绿色组织中表达.还就C3和C4植物TPT不同的底物特异性问题进行了讨论.     

小麦磷酸丙糖转运器cDNA的克隆及其基因表达分析

利用RT_PCR方法以及RACE(rapidamplificationofcDNAends)策略 ,从小麦 (TriticumaestivumL .)幼苗叶片中克隆了编码磷酸丙糖转运器 (TPT)的全长cDNA。序列分析结果表明 ,小麦TPTcDNA编码 40 2个氨基酸的前体蛋白 ,其中信号肽含有 78个氨基酸。成熟蛋白部分与玉米 (ZeamaysL .)TPT有很高的同源性 (89% )。推测小麦TPT成熟蛋白有 8个跨膜区 ,形成双亲α_螺旋的跨膜结构。位于第 7个跨膜区的Arg_2 74和Lys_2 75可能是底物结合位点。比较TPT基因在小麦幼苗的根、胚芽鞘、叶片和种子中的表达差异表明 :TPT基因在叶片、胚芽鞘中均有表达 ,但在胚芽鞘中的表达量较低 ,在种子和根中未见有表达。由此看来 ,小麦TPT的基因可能只局限在绿色组织中表达。还就C3 和C4植物TPT不同的底物特异性问题进行了讨论     

叶绿体内被膜上的磷酸丙糖转运器

叶绿体内膜上存在有磷酸丙糖转运器。本文着重对该转运器的结构和功能、转运特性及其对光合作用的调节等做一介绍。磷酸丙糖转运器能够催化磷、磷酸丙糖和3 磷酸甘油酸的反向交换运输,从而使光合初级产物从叶绿体转运到胞质。在生理条件下,这种转运严格遵循1∶1的反向交换原则,并且转运活性受光的调节。目前,已经从一些植物中分离到磷酸丙糖转运器蛋白,并克隆了它们的cDNA。近年来,利用基因工程手段对磷酸丙糖转运器功能的研究也取得了很重要的进展。     

叶绿体内被膜上的磷酸丙糖转动器

叶绿体内膜上存在有磷酸丙糖转动器。本文着重转运器的结构和功能、转运特性及其对光合作用的调节等做一介绍。磷酸丙糖转运器能够催化磷、磷酸丙糖和3－磷酸甘油酸的反向交换运输,从而使光合初级产物从叶绿体转运到胞质。在生理条件下,这种转动严格遵循1：1的反向交换原则,并且转动活性受光的调节。目前,已经从一些植物中分离到磷酸丙糖转运器蛋白,并克隆了它们的cDNA。近年来,利用基因工程手段对磷酸丙糖转运器功能的研究也取得了很重要的进展。     

Characteristics of Triose Phosphate／Phosphate Translocator from Wheat and Its Role in the Distribution of Assimilates

In plants, triose phosphate/phosphate translocator (TPT) is the first regulation point forpartitioning of photosynthate between source and sink. Studies on the characteristic of TPT and itsregulation on the distribution of assimilates are critical for improving the utilization rate of photosyntheticassimilates. Chloroplasts with intactness of more than 91% and high purity were isolated from wheat( Triticurn aestivurn L. cv. Jing 411) leaves. Analysis of SDS-PAGE and labeling with an irreversible specificinhibitor, [H3]2^-DIDS (4, 4‘-diisothiocyano-2, 2‘-stilbenedisulfonate, DIDS) demonstrated that wheat TPTwas a chloroplast membrane protein with a 35 kD molecular weight, which comprised about 15% of the totalmembrane proteins of chloroplasts. Western blotting analysis showed that wheat TPT is uniquelydistributed in the envelope membrane of chloroplasts, but not detected in the membranes of vacuoles andmitochondria. The silicone-oil-layer centrifugation system was employed to study the kinetic properties ofTPT. The results showed that the maximal transport activity of TPT was the highest for dihydroxyacetonephosphate (DHAP)/inorganic phosphate (Pi), then for phosphoenolpyruvate (PEP)/Pi and glucose-6-phosphate (G6P)/Pi. The Km value of TPT was the lowest for DHAP, followed by Pi, PEP and G6P,therefore the most preferred substrate of TPT is DHAP. The transport of wheat TPT to DHAP was stronglyinhibited by DIDS with a degree of 95%. Inhibition of TPT transport activity led to an obvious accumulationof starch in chloroplasts, therefore the TPT protein of wheat controls the export of TP out of chloroplastsinto cytosol. Except for the need of participating in the Calvin cycle, the ratio of TP exported out ofchloroplast to the one used for synthesizing starch was at least 93.6:6.4. The TPT protein from wheat hasmuch high transport efficiency, which plays an important role in the regulation of the distribution ofassimilates in wheat chloroplasts.     

土壤干湿交替对小麦花前碳同化物分配的影响

采用盆栽小麦试验,在开花前7d利用^14CO2光合标记,花后设置对照(A)、干湿交替5d循环(B)和10d循环(C)共3种水分处理。研究结果表明：约有19．0％～22．0％花前^14C同化物被转运到籽粒。在B、C两种干湿交替处理中,籽粒对花前^14C同化物动员量分别高出对照4．38％和3．02％,并且叶、鞘、茎等花前临时库中同化物输出比例相对高于正常供水的A处理。旗叶中可溶性糖和脯氨酸(Pro)含量对干湿反应敏感。灌浆后期,干湿交替处理的小麦旗叶中叶绿素(Chl)含量和光合速率与对照相比,相对减小,蒸腾速率和气孔导度也大大降低,并且二者变化趋势相一致。于湿交替供水,可部分补偿灌浆后期下旱导致光合不足、同化物减少的籽粒干物质的损失。     

植物同化物分配及其模型研究综述

目前生态系统模型模拟中所用的大多数同化物分配模型是经验性的。同化物分配对植物的生长、竞争及结构的形成有重要的影响,是植物生长的关键,也是植物生长模型中的薄弱环节。总结了影响同化物分配的因素：生理过程和环境因子。指出植物作为一个有机的整体,所有的生理过程都对其有影响,维管束作为各器官间的连接系统,以及同化物的运输管道,其性质对同化物分配有重要的影响。综述了环境因子特别是环境水分条件对同化物分配的影响。总结了以往研究中发现的、主要的同化物分配规律,指出同化物分配的模式极其复杂,分配过程完全是根据环境以及生长阶段变化而变化的、随机应变的过程。 对于同化物分配模型按照经验模型,目的性模型,源汇关系模型进行了总结归纳,分析指出：经验性模型应用最多但机理性差;功能平衡模型在模拟营养生长阶段同化物在条与根之间的分配很成功,但应用于其它器官之间很困难;最优化模型适于模拟平衡态下同化物的分配;源汇关系模型机理性最强,可模拟任何器官间的同化物分配,应用范围最广泛。 同化物研究取得了很大的进展,但研究中仍存在很多不足：对于各相关过程的研究存在不平衡性;整体水平上同化物分配的机理仍缺乏深入研究;同化物分配对于环境的响应方面的研究相对较弱;缺乏多环境因素的研究;缺乏长期的实验观测研究。作者认为环境与同化物分配相互关系的研究将成为日后研究中的热点问题。     

植物营养生长期同化物分配的机理模型

将营养生长期的植株分为叶、茎、根三部分,在同化物供应条件下,将根系吸水能力与叶片蒸腾特性结合起来,以各器官之间的功能平衡为约束条件,得出了同化产物在各器官中的分配模型,该模型能够解释地上部分与地下部分生长的相互关系,能够解释环境因子对同化物分配的影响。利用Ｎａｇａｒａｊａｈ（１９８３）的实验资料对模型进行了验证,结果表明,此模型能较好地模拟它的实验结果。     

追氮时期对小麦光合作用、^14C同化物运转分配和硝酸还原酶活性的影响

采用盆栽和水泥池栽研究了追氮时期对小麦光合作用、^14C同化物运转分配和硝酸还原酶（NR）活性的影响,结果表明,拔节（雌雄蕊原基形成）期较起身（二棱）期追施氮肥,显著提高了小麦开花后的旗叶叶绿素含量和单叶光合速率;灌浆期旗叶^14C同化物向籽粒转移比例显著提高,而在营养器官的滞留比例显著降低;旗叶和根系中硝酸还原酶（NR）活性亦显著提高,小麦穗粒数、粒重和产量增加,蛋白质含量提高。     

菠菜磷酸丙糖转移蛋白在烟草中正义及反义表达及其对碳水化合物转运的影响

以菠菜（Ｓｐｉｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａ Ｌ．）为材料,取幼叶分离ｍＲＮＡ,反转录合成ｃＤＮＡ,以ｃＤＮＡ第一链为模板,通过ＰＣＲ扩增,获得菠菜磷酸丙糖转移蛋白（Ｔｒｉｏｓｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｏｒ,ＴＰＴ）ｃＤＨＡ目的片段。对其进行序列分析,结果表明,分离的目的片段核苷酸序列与文献报道相比同源率为９９．９％,只不１个碱基发生改变。将得到的菠菜ｔｐｔ ｃＤＮＡ与ＣａＭＶ３５     

小麦颖果果皮绿色层内同化物的合成与分配

小麦幼嫩颖果中,果皮内侧发育出由内表皮与亚表皮组成的一薄层绿色组织。显微与亚显微结构观察表明,虽绿色层只接受到自然光照的1/4～1/8,叶绿体仍能正常发育,叶绿素含量与叶绿体数量均高出旗叶。大量胞间连丝联接相邻的绿色细胞,并在一定时期形成开放的胞间通道,显然有利于同化物的快速胞间运输。离体颖果饲喂~14CO_2试验证明,新合成的同化物从绿色细胞输向胚珠。绿色层产生的同化物可能通过合点端的珠心进入胚乳或通过珠孔直接汇聚到胚珠和分化中的原胚。     

磷酸丙糖异构酶的折叠及稳定性研究

从鸡胸肌中纯化出磷酸丙糖异构酶(triosephosphateisomerase,TIM),通过蛋白质内源荧光,圆二色性,紫外吸收二阶导数光谱等多种研究溶液构象的方法,对TIM被盐酸胍和热变性过程进行了详细的研究.结果表明,用不同测量方法得到TIM的变性过程均高度协同,没有观察到折叠中间态,应用单分子二态去折叠模型计算了TIM去折叠的热力学参数.通过圆二色光谱在222nm处的变化监测的TIM热变性过程也是高度协同的二态过程,天然态TIM的表观Tm为64.6℃.在低浓度盐酸胍存在下,TIM的热稳定性降低.讨论了二体蛋白质的可能去折叠机制,证明在使用的实验条件下磷酸丙糖异构酶去折叠过程中二级结构与三级结构的变化是同时发生的,其去折叠遵循观察不到二体解离的表观二态过程.     

粘类非1BL/1RS小麦CMS基因定向选择及其育性特性的研究

对携有不同不育基因的4个粘类小麦雄性不育系进行了定向选择与鉴定,并对其育性特性进行研究,以选育更具应用价值的粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系,推动三系杂交小麦的实际应用.结果表明:(1)根尖体细胞随体鉴定和A-PAGE技术分析筛选出的SP4、莫迦小麦为非1BL/1RS类型,其它供试不育系均属于1BL/1RS类型;(2)减数分裂及成熟花粉粒形态观察,粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系其不育性是在整个配子发育过程中连续产生的,且在B型不育细胞质背景下,SP4和莫迦小麦的花粉细胞学形态与在K、Ven型2种不育细胞质背景下的不同,B型不育细胞质背景下SP4和莫迦不育系的花粉萌发率比K、Ven型不育细胞质背景下的花粉萌发率高;(3)以不同来源不育基因培育成的粘类K、Ven型非1BL/1RS不育系育性恢复性测定发现,SP4、莫迦小麦2种雄性不育系育性恢复性有一定差异,莫迦小麦不育类型育性恢复性高于SP4.     

小麦吸收土壤磷转运子在酵母突变体中的功能互补分析

以小麦磷转运子全长编码cDMA(TaPT2)为探针与小麦基因组DNA进行Southern杂交,结果表明,在小麦基因组中存在该基因的不同家族成员,另外,将TaPT2基因转入酵母突变体MB192中,以野生型菌株YPH084为对照,分别检测YTaPT2,YPH084和MB192酸性磷酸酶分泌情况,生长情况以及对培养基的磷吸收情况,得到结论：TaPT2的功能与酵母磷转运子编码基因PHO84相似,具有增强酵母吸收磷的作用。