植物蔗糖转运蛋白及其生理功能的研究进展

高等植物通过光合作用产生蔗糖,并以蔗糖形式将同化碳源分配到植物各组织器官中,蔗糖的跨膜转运需要蔗糖转运蛋白的参与。目前,已有研究表明蔗糖转运蛋白广泛存在于高等植物体内,主要在种子、花器、叶肉细胞、韧皮部和根等器官中发挥作用,而通过亚细胞定位可以发现,蔗糖转运蛋白主要定位在细胞的液泡膜及细胞质膜上。综述了国内外对蔗糖转运蛋白的发现、结构、分类、生理功能、功能验证及定位等方面的研究内容,分析了研究蔗糖转运蛋白的意义及目前存在的一些问题,旨为更好地理解蔗糖转运蛋白在植物体内的作用机制做铺垫。     

高等植物蔗糖转运的分子调控

在高等植物中,蔗糖的合成、运输与分配是一个复杂的过程。蔗糖由源到库的运输不仅与植物的生长发育相关,还受到植物体内的激素水平以及外界环境条件变化等因素的影响。蔗糖转运蛋白介导了蔗糖在植物韧皮部的装载、运输和卸载,在某些库中的蔗糖转运和库组织分配的分子调控中起有重要的生理作用。此外,简要介绍了笔者实验室在橡胶树蔗糖转运蛋白基因研究方面的最新进展。     

植物体内蔗糖转运蛋白的功能和调控

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-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本文介绍植物体内蔗糖转运蛋白基因家族、细胞定位与功能调节以及高等植物的蔗糖感受机制的研究进展。     

植物水孔蛋白研究进展

水孔蛋白是植物重要的膜功能蛋白,不仅介导植物各组织间水分的高效转运,还参与植物体内其他物质的跨膜转运,同时在植物光合作用、生长发育、免疫应答以及信号转导等生理过程中也发挥重要作用。本文主要综述了植物水孔蛋白结构特征和分类,多种生理功能,以及其转录水平和转录后水平活性调节等方面的最新研究进展,并就如何系统全面地开展水孔蛋白参与植物生长发育过程的分子调控机制研究提出展望。植物水孔蛋白的深入研究有助于阐明植物体内物质转运的分子机理及其生理作用机制,对指导农业生产中作物的生长发育调控有重要理论意义。     

植物体内糖分子的长距离运输及其分子机制

植物器官(如叶、叶鞘、绿色的茎等)可以通过光合作用将CO₂合成为碳水化合物, 并经过长距离运输到达库组织(如新生组织、花粉、果实等)中进行贮存或利用。蔗糖是高等植物长距离运输碳水化合物的主要形式。蔗糖分子从源到库的运输包括源组织韧皮部的装载、维管束的运输和库组织韧皮部的卸载3个步骤。遗传学和分子生物学研究证明, 蔗糖转运蛋白、转化酶和单糖转运蛋白在糖分子的装载和卸载过程中发挥重要作用。该文综述了目前对光合产物运输过程及其调控分子机制的最新研究进展。     

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。     

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。     

植物病毒长距离转运的分子机理

植物病毒侵入寄主细胞后,其局部侵染和系统侵染的形成涉及病毒在植物体内二种不同的转运模式:经过叶肉细胞胞间连丝来实现的胞间转运(cel-to-cell movement)和经过植物维管系统的韧皮部筛管来实现的长距离转运(long-distance transport)[1].近十年来对胞间转运的大量研究,尤其是对TMV在烟草叶肉细胞间转运机理的出色研究,使人们逐步明晰了病毒胞间转运的一些基本步骤及转运机理,建立起了植物病毒胞间转运机理研究的基本模式[2-5].与此同时,因病毒的长距离转运是其实现系统侵染的关键过程,人们对病毒长距离转运机理的研究也积累了相当多的工作,该方面的研究日益成为植物病毒学研究的一个重要内容.本文拟对病毒长距离转运过程中所涉及的病毒因子、病毒-寄主的互作及病毒进出韧皮部筛分子的可能方式作一概述.     

植物水孔蛋白的功能

水孔蛋白是由多基因编码的介导水分快速跨膜转运的膜内在蛋白。植物水孔蛋白分为4类,具有多功能性,包括介导水分的快速跨膜转运,参与气孔运动,参与叶肉内CO_2的运输,调节植物对中性分子(甘油、NH_3、尿素)和营养元素(硼、硅)的吸收,参与植物体内的氧化应激及信号的跨膜转导等。     

蔗糖膜运输系统与植物整体碳分配相关（综述）

蔗糖是光合作用的主要产物,作为碳同化的产物在植物体内进行分配。蔗糖的转运机制和效率通过减弱产物抑制来影响光合产率,通过控制源／库关系和生物量分配来调控植物活性。蔗糖在细胞质合成,或通过胞间连丝进行细胞问转运,或跨膜区域化,或外输入质外体被相邻细胞吸收。作为相对大极性的化合物,蔗糖的有效膜转运需要转运蛋白协助。跨液泡膜运输机制可能通过异化扩散、质子对向运输和同向运输;而跨质膜的运输则可能通过质子同向运输和异化扩散类似机制。近几十年仅在分子水平对质子同向运输进行了较为详尽的研究。这篇综述旨在综合介绍最近和过去关于蔗糖跨膜转运与植物整体碳分布机制。     

成熟志贺毒素全长与截短A亚单位在E.coli中的表达及纯化

应用PCR技术从Ⅰ型痢疾志贺菌(Shigella dysenteriaetype I)中,扩增出约895 bp的成熟ShT-A基因片段,克隆至pGEM-T载体中,经蓝白斑筛选、PCR和双酶切鉴定正确后,命名为pGEM-TA2。测序结果表明,ShT-A与GenBank中ShT-A序列完全一致。用BamHⅠ和KpnⅠ双酶切克隆质粒,得到为895 bp成熟ShT-A与pQE30原核重组表达载体连接,构建原核重组表达质粒。经IPTG诱导,SDS-PAGE电泳观察,没有目的蛋白表达。DNAsis软件分析ShT-A基因序列,发现513 bp处有HindⅢ位点,故以ShT-A上游引物的BamHⅠ和HindⅢ从pGEM-TA2切出一个513 bp的截短片段,重新插入pQE30表达载体,得到pQE30-A513重组表达质粒,转化E.coliM15,经IPTG诱导,SDS-PAGE电泳观察,在20 ku处出现1条特异性的表达蛋白带,与截短ShT-A513分子量相符,表达量约占菌体总蛋白的37.4%,表达形式为包涵体。为抗体的制备提供了必要的物质基础。     

A transgenic study on affecting potato tuber yield by expressing the rice sucrose transporter genes OsSUT5Z and OsSUT2M

In many plants, sucrose transporters are essential for both sucrose exports from sources and imports into sinks, indicating a function in assimilate partitioning. To investigate whether sucrose transporters can improve the yield of starch plant, potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) were transformed with cDNAs of the rice sucrose transporter genes OsSUT5Z and OsSUT2M under the control of a tuber-specific, class-I patatin promoter. Compared to the controls, the average fructose content of OsSUT5Z transgenic tubers significantly increased. However, the content of the sugars and starch in the OsSUT2M transgenic potato tubers showed no obvious difference. Correspondingly, the average tuber yield, average number of tubers per plant and average weight of single tuber showed no significant difference in OsSUT2M transgenic tubers with controls. In the OsSUT5Z transgenic lines, the average tuber yield per plant was 1.9-fold higher than the controls, and the average number of tubers per plant increased by more than 10 tubers on average, whereas the average weight of a single tuber did not increase significantly. These results suggested that the average number of tubers per plant showed more contribution than the average weight of a single tuber to the tuber yield per plant.     

志贺毒素B（ShT-B）亚单位在两种表达载体中表达形式分析

用KpnⅠ和HindⅢ双酶切pGEMTB3克隆质粒,得到大小约为225bp的ShTB基因片段,分别将其插入到经双酶切的pQE40和pQE30表达载体中,构建了2个ShTB的重组表达质粒pQE40B3和pQE30B2,分别转化到E.coliM15,经IPTG诱导后,重组质粒目的蛋白均得到表达。其中,pQE40B3表达蛋白约占菌体总蛋白的37%,主要为包涵体形式。pQE30B2表达蛋白约占菌体总蛋白的16%,主要为可溶性形式,约9.2%。为重组抗原的制备提供了必要的物质基础。     

人角质细胞生长因子2在不同原核表达系统中的表达差异

目的:比较重组人角质细胞生长因子2(rhKGF-2)在不同原核表达系统中的表达量和表达稳定性之间的差异。方法:利用PCR方法从人胚胎肺成纤维细胞cDNA扩增得到hKGF-2序列,双酶切后分别克隆到pBV220、pQE31和pET-24b载体中,分别转化大肠杆菌JM109、M15和BL21(DE3)进行诱导表达,SDS-PAGE分析rhKGF-2的表达量和表达稳定性,并纯化rhKGF-2。结果:pBV220-rhKGF-2与pET-24b-rhKGF-2在宿主菌内经诱导后均有目的蛋白表达,其中pBV220-rhKGF-2的表达量约占菌体总蛋白的10%,pET-24b-rhKGF-2的表达量约占菌体总蛋白的25%,且均为可溶性表达,但后者的表达稳定性明显优于前者,而pQE31-rhKGF-2在宿主菌内几乎没有表达。结论:hKGF-2在不同原核表达系统中的表达量和表达稳定性存在明显差异。     

Functionally important amino acids in rice sucrose transporter OsSUT1

Six conserved, charged amino acids within membrane spans in rice sucrose transporter OsSUT1 were identified using a three-dimensional structural model based on the crystal structures of three major facilitator superfamily (MFS) proteins: LacY, GlpT, and EmrD. These positions in OsSUT1 were selected for mutagenesis and biochemical assays. Among the six mutants, D177N completely lost transport function, D331N retained only a small fraction of sucrose uptake activity (2.3% of that of the wild type), and R335H and E336Q also displayed a substantial decrease in transport activity. D329N functioned as well as wild-type OsSUT1. R188K did not transport sucrose but showed a H(+) leak that was inhibited by sucrose, indicating that R188K had uncoupled sucrose and H(+) translocation. This demonstrates that charged amino acids within membrane spans are important for the transport mechanism of OsSUT1 as they are in lactose permease.     

Molecular cloning, expression, purification, and mass spectrometric characterization of 3C-like protease of SARS coronavirus

Severe acute respiratory syndrome (SARS) is an acute respiratory illness, which has broken out in China. It has been known that SARS coronavirus (SARS_CoV) is a novel human coronavirus and is responsible for SARS infection. Belonging to one of the major proteins associated with SARS_CoV, SARS 3C-like protease (SARS_3CL(pro)) functions as a cysteine protease engaging in the proteolytic cleavage of the viral precursor polyprotein to a series of functional proteins required for coronavirus replication and is considered as an appealing target for designing anti-SARS agents. To facilitate the studies regarding the functions and structures of SARS_3CL(pro), in this report the synthetic genes encoding 3CL(pro) of SARS_CoV were assembled, and the plasmid was constructed using pQE30 as vector and expressed in Escherichia coli M15 cells. The highly yielded ( approximately 15mg/L) expressed protease was purified by use of NTA-Ni(2+) affinity chromatography and FPLC system, and its sequence was determined by LC/MS with the residue coverage of 46.4%.     

节杆菌BT801 N-氨甲酰氨基酸水解酶基因的克隆与表达

通过PCR从质粒pUC18 16 9中扩增得到N 氨甲酰氨基酸水解酶基因 (hyuC) ,置于原核表达载体pQE6 0的T5启动子下游构成表达质粒pQE6 0 hyuC ,并在大肠杆菌M15中实现了该基因的高表达。SDS PAGE检测表达产物 ,在相对分子量 44kD处有一表达带 ,经薄层扫描分析目的蛋白占全菌蛋白的 40 % ,主要以可溶性形式存在。酶活性分析结果表明 ,工程菌M15 pQE6 0 hyuC的N 氨甲酰氨基酸水解酶的比活分别比原始菌株ArthrobacterBT80 1和亚克隆DH5α pUC18 16 9提高了 5 2倍和 72倍。在节杆菌BT80 1和大肠杆菌DH5α pUC18 16 9的反应体系中加入等量菌体的工程菌M15 pQE6 0 hyuC ,可使乙内酰脲酶总比活分别提高 8 1倍和 3 0倍。     

人源抗TNF—α抗体Fab基因的单链化及其表达和纯化

构建人源抗TNF－α单链抗体基因,并尝试其在E.coli中的表达和纯化,采用人工接头,按VH－linkerVL的结构将人源抗TNF－a的VH,VL基因拼接成单链抗体（ScFv)基因,并将构建好的ScFv基因插入表达载体pQE30,转染E.coli M15,以IPTG诱导表达,Ni-NTA树脂纯化表达产物,构建的ScFv基因长723bp, 列分析表明,该序列拼接正确,SDS－PAGE显示,用重组的pQE30转化的M15菌经诱导后,有相对分子质量（M）约为52000的外源蛋白表达,Ni-NTA树脂纯化的表达产物纯度大于90％,因此,成功地构建了人源抗TNFa的ScFv基因,并在E.coli DH5a中表达和纯化的该基因的产物。