垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆及功能分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(Trehalose-6-phosphate synthse, TPS)是植物海藻糖合成途径的关键酶, 在旱生卷柏等复苏植物对逆境胁迫应答中起重要作用。文章以我国特有旱生植物垫状卷柏(Selaginella pulvinata)为材料, 采用同源扩增与RACE技术相结合的方法克隆了海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1, cDNA全长3 223 bp, 包括一个2 790 bp的开放阅读框, 推导的氨基酸序列与模式物种的海藻糖-6-磷酸合成酶具有较高的序列相似性, 催化活性中心保守位点基本一致。酵母功能互补实验证明, 用SpTPS1基因开放阅读框转化的海藻糖合成酶基因突变(tps1△)酵母菌株, 可恢复在以葡萄糖作为唯一碳源培养基上的生长, 说明垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1的编码蛋白具有生物活性, 可应用于植物抗逆性的转基因改良。     

红色亚栖热菌TPS/TPP海藻糖合成途径中相关基因的克隆、表达及功能鉴定

通过构建红色亚栖热菌(Meiothermus ruberCBS-01)的基因组DNA文库,克隆得到该嗜热菌海藻糖合成途径中的磷酸海藻糖合成酶(TPS)和磷酸海藻糖磷酸酯酶(TPP)基因。以pET21a为表达载体,将磷酸海藻糖合成酶和磷酸海藻糖磷酸酯酶在大肠杆菌中进行表达并纯化,利用薄层层析的方法验证了这两个酶的活性。同时,本研究检测了红色亚栖热菌在各种环境压力下细胞内含物成分的变化情况,发现在高渗环境压力的诱导下,该菌会在胞内积累大量的6-磷酸海藻糖,而并非海藻糖,这为进一步研究TPS/TPP和TreS途径在细胞体内的作用奠定了基础。     

葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、序列分析及滞育相关表达

海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是昆虫海藻糖合成途径中的关键酶之一。本研究通过对葱蝇Delia antiqua海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、 序列分析及滞育相关表达的分析, 旨在证明该基因在能源合成以及抵御高温和低温环境方面发挥重要作用, 为进一步弄清葱蝇滞育分子机制提供理论依据。根据葱蝇抑制消减杂交文库中的EST序列信息, 设计特异性引物, 并通过RACE技术克隆了葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因全长cDNA, 命名为DaTPS1 （GenBank登录号： JX681124）, 其全长为2 904 bp, 开放阅读框2 448 bp, 编码815个氨基酸, 推测其相对分子质量为91.2 kD, 等电点为5.96。生物信息学分析表明, 该基因编码的氨基酸序列具有两个保守结构域, 与其他物种TPS具有较高的同源性, 其中和黑腹果蝇Drosophila melanogaster亲缘关系最近, 氨基酸序列一致性为92.1%; 其蛋白质三维结构有15条大的α螺旋和11股反向平行的β链折叠。RT-PCR分析表明, DaTPS1在葱蝇非滞育、 夏滞育和冬滞育期蛹中都有表达, 但是非滞育期各时期表达量基本没有变化, 而在夏滞育和冬滞育蛹的滞育前期表达量较高, 滞育保持期表达量较低, 滞育期后期表达量又有所升高。推断在葱蝇蛹夏滞育和冬滞育期前期, TPS1开始催化合成较多的海藻糖以提高滞育期抵御不良环境的能力, 滞育保持期蛹的新陈代谢降低, 所需能量较少, 所以TPS1处于低水平表达状态, 而滞育期结束后, 蛹生长发育逐渐恢复, 所需能量有所增加, TPS1的表达量再次升高。本研究对揭示昆虫TPS在能量代谢通路中的作用及昆虫滞育的分子机理具有一定的科学意义。     

德国小蠊两个海藻糖合成酶基因的克隆、组织分布及温度诱导表达分析

【目的】海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是参与昆虫血糖-海藻糖合成的关键酶。本研究旨在克隆德国小蠊 Blattella germanica TPS基因,研究TPS基因在德国小蠊不同组织中的表达模式及在不同温度处理下的表达情况。【方法】通过RACE技术克隆德国小蠊TPS基因全长序列,利用荧光定量PCR的方法检测TPS基因在德国小蠊5龄幼虫不同组织中的表达模式及在高温(40℃和46℃处理30 min)及低温(0℃和10℃处理1 h)逆境下的表达量变化。【结果】从德国小蠊中克隆获得2个TPS基因,分别命名为 BgTPS1 (GenBank登录号：KR050213) 和 BgTPS2 (GenBank登录号：KR050214)。其中,BgTPS1基因cDNA序列全长2 987 bp,开放阅读框 (ORF) 2 502 bp,编码833个氨基酸;BgTPS2基因cDNA序列全长3 212 bp,开放阅读框2 469 bp,编码822个氨基酸。BgTPS1和BgTPS2基因都主要在5龄幼虫脂肪体中表达,且BgTPS2基因的表达量为BgTPS1基因表达量的3.9倍。在两种不同极端温度诱导下,BgTPS1和BgTPS2基因mRNA均上调表达。其中,BgTPS2 的表达量始终显著高于 BgTPS1。在0℃时,BgTPS1和BgTPS2的表达量最高。【结论】德国小蠊5龄幼虫中存在2个TPS基因。两个TPS基因均在脂肪体中高表达,且BgTPS2基因的表达量显著高于BgTPS1基因;低温和高温诱导下均能促进两个基因的表达量上升。该结果为进一步明确昆虫海藻糖的合成途径及其在昆虫对温度逆境的反应中的作用研究奠定了基础。     

昆虫几丁质合成及其调控研究前沿

几丁质合成与降解是昆虫最重要的生理过程之一。本文根据国外和作者自己的研究,综述了昆虫几丁质合成及其调控研究进展。昆虫几丁质的生物合成通路始于海藻糖,终止于几丁质,其中共有8个酶参与。目前研究最多的为海藻糖酶和几丁质合成酶。昆虫存在2个海藻糖酶基因和2个几丁质合成酶基因。可溶性海藻糖酶基因对昆虫表皮的几丁质合成影响更大,而膜结合海藻糖酶基因则主要影响中肠的几丁质合成。几丁质合成酶A主要负责表皮和气管几丁质的合成,而几丁质合成酶B则负责中肠围食膜的几丁质合成。目前,昆虫几丁质合成的调控途径主要有两种:利用RNAi技术和几丁质合成抑制剂。     

昆虫海藻糖代谢及其影响因素的研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、动物和植物中。它不仅作为能量储备物质,在外界环境胁迫或内部代谢紊乱时,也可作为保护因子,保护其生命体度过逆境。昆虫海藻糖合成酶与海藻糖酶分别是海藻糖合成与分解的关键酶,合成的海藻糖在海藻糖转运蛋白的帮助下由胞内进入胞外。胰岛素与脂动激素直接参与昆虫糖代谢,保幼激素与蜕皮激素通过和胰岛素与脂动激素通路偶联,间接参与调控昆虫海藻糖代谢。海藻糖代谢途径和昆虫生长发育密切相关,昆虫海藻糖代谢信号通路为开发害虫控制的新靶标提供理论依据。     

柞蚕蛹解除滞育过程中海藻糖合成酶基因的表达变化

【目的】克隆柞蚕Antheraea pernyi海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因,并对其进行组织表达分析,探讨该基因在柞蚕滞育蛹解除滞育过程中的表达规律,为阐明柞蚕滞育期间碳水化合物代谢规律与蛹滞育解除的关系提供数据支持。【方法】利用PCR及3'RACE技术从柞蚕幼虫脂肪体组织中克隆得到TPS基因,并进行生物信息学分析;RT-PCR检测该基因在柞蚕幼虫各组织中的表达分布,进一步采用Real-time PCR分析柞蚕滞育蛹解除滞育过程中该基因在脂肪体组织和血淋巴中的表达量变化。【结果】克隆获得柞蚕海藻糖合成酶基因并命名为ApTPS。其开放阅读框长2 487 bp,编码828个氨基酸,蛋白预测分子量为93.19 k D,等电点(p I)4.61;无信号肽,无跨膜区。蛋白质亚细胞定位预测该蛋白定位于细胞质中;蛋白质结构域分析表明,ApTPS有两个保守功能区:TPS(第22-497位氨基酸)和TPP(第532-772位氨基酸)。组织特异性分析表明,ApTPS基因在柞蚕幼虫脂肪体中表达量最高;柞蚕解除滞育过程中,ApTPS在脂肪体和血淋巴中的表达量均有所升高,且显著高于对照组(P0.05),但血淋巴中表达量的升高滞后于脂肪体。【结论】结果提示ApTPS参与了柞蚕蛹滞育中碳水化合物代谢调控并在其中发挥重要作用,与柞蚕蛹滞育解除关系密切。     

异色瓢虫海藻糖合成酶基因的克隆及低温诱导表达分析

海藻糖是昆虫的血糖, 在昆虫体内主要通过海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）催化合成。本研究通过同源克隆和cDNA末端快速扩增（rapid-amplification of cDNA ends, RACE） 技术, 从异色瓢虫Harmonia axyridis中克隆得到了TPS基因的cDNA全长序列, 命名为HaTPS（GenBank登录号： FJ501960）, 全长2 949 bp, 包含3′非翻译区为505 bp, 5′非翻译区为26 bp, 开放阅读框长2 418 bp, 共编码805个氨基酸。软件分析显示该基因编码蛋白的分子量为90.58 kD, 等电点为7.01, 包含两个糖基化位点, 无信号肽和跨膜结构。同源比对分析发现, 昆虫中TPS基因高度保守, 包含两个保守的结构域。同时, 采用实时荧光定量PCR技术对异色瓢虫HaTPS在不同发育阶段、 低温诱导条件下的表达量进行了研究。结果表明： HaTPS在预蛹期的表达量最高; 在短时低温诱导条件下, HaTPS的表达量随着温度的降低而显著升高, 在降温和升温处理条件下, HaTPS的表达量呈现先升高后下降的表达趋势。结果表明, TPS基因在昆虫抗逆中起到了重要的调节作用。昆虫经过低温诱导, 其TPS基因的调控能力得到提升。     

Similarities and differences in the growth of the heart in situ and in transplants

Growth and ploidy of rat ventricular myocytes were studied during development in situ and in grafts (1 day old rat ventricle transplanted under kidney capsule of syngenic adult animals). Both in situ and in the transplants polyploidization occurred on days 4-14 of postnatal life, and the modal group of myocytes was represented by binucleate diploid (2c x 2) cells. Minor quantities of 4c, 4c x 2, 8c and 2c x 4 myocytes were detected as well. In ventricles of 14 and 28 days old rats and in the transplants of the corresponding age the portion of polyploid myocytes was 90-96% and 32-63% respectively. The intensity of postmitotic myocyte transplants was decreased as compared with in situ development, and cells that exit proliferation cycle did not grow until day 14. The data on thymidine label dilution suggest that diploid myocytes of the transplant can divide two or three times but the majority of labeled diploids divided only once. Labeled 2c x 2 myocytes originated from the first, and less frequently, the second cell generation or resulted from initial acytokinetic mitosis. Mononucleate tetraploids 4c originated from 2c x 2 and mostly from 2c cells. Octaploids were formed after 3d or 4th labeled mitosis. The conclusion about cardiac myocyte polyploidization as an intrinsic developmental program is supported, implying the programming of onset, mode, duration and termination of polyploidization and its prolongation during early postnatal life.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)     

Variants in the CNR1 and the FAAH Genes and Adiposity Traits in the Community

Pharmacologic blockade of the endocannabinoid receptor 1 leads to weight loss and an improved metabolic risk profile in overweight and obese individuals. We hypothesize that common genetic variants in the CNR1 (encoding endocannabinoid receptor 1) and FAAH genes (encoding fatty acid amide hydrolase, a key enzyme hydrolyzing endocannabinoids) are associated with adiposity traits. We genotyped 18 single‐nucleotide polymorphisms (SNPs) in the CNR1 gene and 9 SNPs in the FAAH gene in 2,415 Framingham Offspring Study participants (mean age 61 ± 10 years; 52.6% women; mean BMI 28.2 ± 5.4 kg/m²; 30.3% obese) and studied them for association with cross‐sectional and longitudinal measures of adiposity (BMI, waist circumference, change over time in BMI and waist circumference, visceral and subcutaneous adipose tissue) using linear mixed‐effect models. The selected SNPs captured 85% (r² = 0.8) of the common variation (minor allele frequency >5%) at the CNR1 locus and 96% (r² = 0.8) of the common variation at the FAAH locus (defined as the genomic segment containing the gene +20 kb upstream and +10 kb downstream). After correction for multiple testing, none of the SNPs in the CNR1 gene or in the FAAH gene displayed statistical evidence for association with BMI, waist circumference, and visceral adipose tissue or subcutaneous adipose tissue (all P > 0.18). Despite comprehensive SNP mapping across the genes and their regulatory regions in a large unselected sample, we failed to find evidence for an association of common variants in the CNR1 and FAAH genes with measures of adiposity in our community‐based sample.     

国际植物基因组组织与计划概况及我国的应对策略

本文简要介绍了植物基因组领域主要的组织和计划,简单分析了国际植物基因组计划的特点和我国存在的问题,并初步提出我国的应对策略。