拟南芥和水稻非特异脂质转运蛋白的分子进化、表达模式以及在花药发育中的功能分析

植物非特异脂质转运蛋白(non-specific lipid transfer proteins,ns LTPs)是一类小分子碱性蛋白,该蛋白家族在植物的角质蜡质形成、信号转导以及生殖发育等方面发挥了重要的功能。目前植物中已经克隆出几十个ns LTPs基因并对它们开展了初步的功能研究,但对该基因家族在拟南芥和水稻中的基本信息、分子进化、表达模式和功能预测方面进行系统对比的数据仍很欠缺。本研究尝试利用生物信息学的方法,通过对比分析45个拟南芥和49个水稻ns LTPs基因的亚家族分类、基因复制、蛋白结构、表达模式和功能预测等信息,初步阐明ns LTPs基因家族在单双子叶中可能存在的进化、表达模式和功能上的差异。同时以花药发育过程为例,细致分析了ns LTPs不同亚家族基因在花药发育过程中表达水平的变化,从而推测各个亚家族蛋白在花药发育不同时期的功能。本研究以期为ns LTPs将来在植物育种和遗传学中的应用研究提供理论基础。     

ABC转运蛋白在植物花器官生长发育中的研究进展

ABC转运蛋白(ATP binding cassette transporter) 是目前发现的最大的蛋白家族之一,其广泛存在于真核生物与原核生物之中,近年来在植物研究领域正受到越来越多的关注。ABC转运蛋白的转运底物种类较为多样,该家族成员几乎作用于植物生长发育的各个阶段,并对植物花器官产生较大的影响。该文对ABC转运蛋白的基本特征及亚家族分类情况进行了总结,重点对近年来国内外有关ABC转运蛋白家族在植物花药和花序轴等花器官生长发育,以及花瓣形态、花色、花香等观赏性状方面的调控功能等方面的研究进展进行了综述,并对ABC转运蛋白在改良植物花色、花香等观赏性状方面的应用潜力进行展望,以期为植物观赏性状的改良提供一定的参考。     

植物PDR型ABC转运蛋白的结构及功能

ATP-结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白是目前已知最大、功能最广泛的蛋白质家族。多向耐药性(pleiotropic drug resistance,PDR)蛋白是该家族中仅存于植物和真菌中的一个亚族,结构域与其他亚族相反,即核苷酸结合域(nucleotide-binding domain,NBD)位于跨膜结构域(trans-membrane domain,TMD)的N端。目前已发现PDR型转运蛋白具有转运次生代谢产物和参与胁迫反应等方面的功能。植物PDR基因分为5个亚族:I族基因涉及多种生物和非生物胁迫反应,II￣V族基因功能研究甚少。植物PDR基因在器官水平、化学及环境因素影响下具有特异性较好的表达谱。本文系统阐述了植物PDR型转运蛋白基因的进化、结构及其功能,为理解植物PDR型转运蛋白在生物分子转运和复杂生理功能方面提供一个基础框架。     

植物ABCB转运蛋白研究进展

ABC转运蛋白家族是一类通过结合并水解ATP释放能量实现底物的跨膜运输的转运蛋白,它们参与了植物众多的生理代谢过程,根据保守区的进化关系将ABC转运蛋白家族分成8个亚族,其中ABCB转运蛋白为第二大亚族。ABCB 转运蛋白具保守的NBDs结构域,由6个跨膜α-螺旋的疏水跨膜结构域组成了TMDs结构域,形成溶质跨膜的通道,但是其结构、长度与序列则变化多样。按分子大小不同将植物ABCB转运蛋白分为全分子转运蛋白、半分子转运蛋白两类,通过测序发现在拟南芥、水稻和番茄等植物上均有一定比列的ABCB转运蛋白,且行使多种功能。有研究表明,ABCB转运蛋白基因介导镉、铅和铝等重金属离子的转运,提高植物重金属耐性;它直接参与植物体内生长素的运输,从而调控植物高度;它还可能将苹果酸从质体转运到保卫细胞中调节气孔的开合。近年来,越来越多的ABCB转运蛋白被鉴定,但是ABCB亚家族庞大,底物特异性强,转运机制复杂,多数转运蛋白的功能尚未确定。因此,了解ABCB转运蛋白在生命活动过程中的重要性,以及基因表达调控的机制,解析ABCB转运蛋白在响应逆境胁迫过程中的重要作用,以期为植物抗逆性育种提供思路。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。     

天冬氨酸蛋白酶在拟南芥和水稻中的分子进化、表达模式以及在花药发育中的功能分析

天冬氨酸蛋白酶(aspartic proteases,APs)是一类功能多样化的酶,参与了植物大部分生理和发育过程,但其基因家族在植物中的系统分类、分子进化以及功能方面研究仍很欠缺。本研究收集整理了拟南芥和水稻中APs基因序列、分类、基因结构和染色体定位等信息,对比分析该基因家族在拟南芥和水稻中分子进化方面的差异;利用转录组数据阐明该家族基因在不同组织部位和不同发育时期的表达差异和功能分化。此外,本文还围绕花药发育的过程,细致分析了各亚家族APs基因的表达变化,推测APs在花药发育过程中的可能功能。     

西洋梨水孔蛋白基因家族的全基因组鉴定及表达分析

水孔蛋白(AQPs,aquaporins)是高效转运水分子的膜内在蛋白,具有丰富的多样性,在调控植物的水分关系中有重要作用。本研究利用西洋梨(Pyrus communis L.‘Bartlett’)基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定西洋梨PcAQPs基因家族成员;并利用MEGA 6.0.5软件,采用邻接法构建系统发育树;利用GSDS 2.0软件进行基因结构分析,MEME程序进行Motif分析,AgBase v2.00程序进行GO分析;采用半定量RT-PCR技术研究PcAQPs基因组织表达情况。结果表明,西洋梨基因组中共有54个PcAQPs家族成员,均含有AQP特征结构域和保守的Motif基序,根据基因结构及系统进化分析可分为PIP、TIP、NIP和SIP等4个亚家族。不同基因间结构差别较大,但聚类关系较近的基因其结构类似。GO分析发现,多数PcAQPs基因具有转运蛋白活性,参与物质转运、应激反应、发育和代谢等生物学过程,但不同亚家族成员构成的细胞组分及参与的生物学过程具有明显差异。半定量结果表明,大多数PcAQPs基因在根、茎、叶和果实中均有表达,而且不同基因家族、不同基因间的组织表达模式存在差异。该研究为今后西洋梨PcAQPs基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

植物HSP70蛋白家族分子进化特征及其表达模式分析

植物热激蛋白HSP70(heat shock protein 70)与植物抗逆性具有密切的关系,对其深入研究将有助于揭示植物的抗逆生理过程,从而为生产上降低逆境对植物的伤害提供重要的实践指导意义。目前,在模式植物拟南芥和水稻中,HSP70蛋白家族的遗传学和生化功能研究被广泛关注,但该基因家族植物中的系统分子进化、表达模式以及功能预测方面的研究仍不完善。本研究通过收集和整理拟南芥和水稻中所有的HSP70基因序列、基因结构和染色体定位等信息,对比分析了拟南芥和水稻中HSP70家族在分子进化方面的差异;同时,从转录水平上初步分析和阐明该家族基因在植物不同组织部位和不同发育时期的表达差异和功能分化。此外,本研究还围绕花药发育的过程,细致分析了HSP70家族基因的表达变化,推测该家族在花药不同时期可能所扮演的角色。本研究为全面理解HSP70家族在单子叶和双子叶植物中的功能异同分化、以及其参与植物生殖发育过程的功能研究提供重要的科学依据。     

节肢动物ABC转运蛋白及其介导的杀虫剂抗性

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transporter),简称ABC转运蛋白（ABC transporter）,是继细胞色素P450单加氧酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶之后又一类参与解毒作用的重要蛋白家族,因其在杀虫剂解毒等方面起着非常重要的作用,近年来逐渐受到广泛关注。ABC转运蛋白是一大类跨膜蛋白,其核心结构通常由4个结构域组成,包括2个高度疏水的跨膜结构域（transmembrane domains , TMD）和2个核苷酸结合域（nucleotide binding domains, NBD）。根据序列相似性和保守结构域,可以把ABC转运蛋白家族分为8个亚家族,每个亚家族的成员数及功能不同。这类蛋白在各种生物体内均有分布,其主要功能包括转运物质、信号传导、细胞表面受体及参与细胞内DNA修复,转录及调节基因的表达过程等。此外,近年来的研究表明,ABC转运蛋白的突变或过表达不仅与节肢动物对化学农药的抗药性密切相关,而且在抗Bt毒素方面也起着非常重要的作用,对转Bt作物造成严重威胁。本文综述了节肢动物ABC转运蛋白的结构,ATP水解介导的作用机制,亚家族的分类、结构及生理功能,以及由ABC转运蛋白介导的抗药性研究进展,旨在深入了解ABC转运蛋白的研究现状及其在节肢动物抗药性方面的作用,为阐明节肢动物抗药性机制提供新的理论依据,对改进农业害虫的抗性监测和治理策略也具有一定的指导意义。