植物转录因子GRAS蛋白的研究进展

GRAS转录因子是植物特有的转录因子,已在多种植物中被发现,且GRAS蛋白具有其特有的功能结构域,根据对模式植物拟南芥和水稻的GRAS基因家族进行进化分析,可将GRAS基因家族划分为8个亚族:LISCL、PATI、SCL3、DELLA、SCR、SHR、LS和HAM,各个亚族调控不同的功能区域。已发现GRAS蛋白广泛参与植物的生长发育、信号转导、逆境胁迫等生理过程,本综述就GRAS蛋白的结构特征及相应的功能特性和最新的研究进展进行归纳总结。     

SWEET蛋白家族研究进展

SWEET是新发现的一类具有7次跨膜?-螺旋的糖运输蛋白,它们由2个重复的具有3次跨膜?-螺旋的MtN3 motif和一个起连接作用的跨膜?-螺旋组成.SWEET广泛存在于真核单细胞生物、高等植物以及动物中.它们在生殖发育、植物与微生物的相互作用、植物的逆境反应及衰老等许多方面起重要作用.最近的研究显示,原核生物中存在与真核生物SWEET类似的、只含有一个3次跨膜?-螺旋的蛋白,这些蛋白属于MtN3或PQ-Loop家族.从慢生根瘤菌中克隆的SWEET同源蛋白BjSemiSWEET1和已经鉴定的部分真核生物SWEET蛋白一样具有运输蔗糖的能力,这个结果与其他相关研究一起暗示真核生物7次跨膜?-螺旋的糖或氨基酸运输蛋白可能由原核生物中3次跨膜?-螺旋的小分子蛋白通过复制或横向基因转移融合进化而来,并且它们在行使功能时可能形成和其他许多膜转运蛋白相似的、具有12次跨膜结构的功能单位.对SWEET的研究将为揭示多种生命现象提供重要线索.     

BTB蛋白泛素化介导植物发育和逆境应答的研究进展

BTB (broad-complex, tramtrack, and bric-à-brac)结构域是在真核生物中发现的高度保守的蛋白质相互作用基序。含有BTB结构域的一类蛋白统称为BTB蛋白,它们广泛参与转录调控、蛋白质降解等过程。越来越多的研究表明,该基因在植物生长发育、生物与非生物胁迫等生理过程中具有重要的作用。本文以蛋白结构域为基础,系统总结了该基因家族蛋白在泛素化介导植物发育和逆境应答等过程中的研究进展,为植物中该类基因的研究提供了参考。     

植物非结构性碳水化合物代谢及体内转运研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是参与植物能量代谢的主要能量物质,是维持植物自身发育及响应环境调控的重要因子,主要包括单糖、二糖、糖醇、低聚糖和淀粉等。不同NSC成员之间存在相互转化,其代谢和转化由激素和不同环境因子共同调控,其中激素是主导因子。目前NSC的测定方法主要有滴定法、比色法、酶解法、色谱法等,其中色谱法精度高,可同时进行定性和定量分析,目前应用最为广泛。NSC的转运需要糖转运蛋白参与,主要包括单糖转运蛋白(MST)、蔗糖转运蛋白(SUT)和糖外排转运蛋白(SWEET)三类,其中MST和SUT分别负责对各类单糖和蔗糖进行转运,而SWEET既可以对多种单糖进行转运,也参与了蔗糖的运输过程。本文对NSC相关的代谢、定性定量分析及转运调控等基本规律及最新研究进行了总结,以为更好地明确NSC在植物生长发育及环境调控方面的作用和调节机理提供参考。     

谷子PAL基因家族全基因组的鉴定和表达分析

苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因家族参与苯丙烷类代谢过程,通过调控植物抗病次生物质的合成在植物抗逆反应中发挥重要作用。为明确谷子PAL基因家族在逆境胁迫下的表达规律,该研究利用生物信息学方法对谷子PAL基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明:谷子具有11个PAL基因,在进化树中可分为3个亚家族,SiPAL7独自进化为一支。通过构建蛋白结构域发现PAL基因家族成员均含有保守的PAL结构域。启动子分析显示,PAL基因含有应答激素、逆境胁迫等多种因子的顺式作用元件,说明PAL基因广泛参与不同生物学调控过程。RT-qPCR结果显示,谷子PAL基因家族多为诱导型表达,不同光照条件下PAL基因表达量变化明显,不同基因具有不同响应模式,说明谷子PAL基因家族在参与光调节反应中发挥重要作用。谷子PAL基因高度保守,广泛响应不同非生物胁迫,具有表达特异性。该研究结果为揭示PAL基因家族在调节谷子抗性及胁迫应答过程中的作用提供了参考。     

杨树MIR171基因家族进化与功能分化研究

microRNA(miRNA)是一类重要的非编码小分子RNA,广泛参与植物生长发育和胁迫响应的调控。毛果杨MIR171基因家族是一个古老的miRNA基因家族,具有14个成员。本研究对毛果杨MIR171基因家族的基因倍增模式、表达方式、启动子结构及靶基因进行了分析。结果表明:毛果杨MIR171基因家族主要通过48~54百万年前的染色体大片段重复进行扩张,其表达方式和功能已经出现分化。MIR171基因家族可能主要通过调控GRAS转录因子和信号转导蛋白参与杨树生长发育、光信号转导和光形态建成的调控。     

植物热激蛋白70基因家族及其生物学功能研究进展

植物热激蛋白70(heat shock protein 70,Hsp70)是热激蛋白家族中保守、普遍表达的家族,有两个主要功能区:N端核酸结合区和C端底物结合区。通常Hsp70具有分子伴侣功能,参与新生蛋白的折叠、转运、重折叠变性蛋白、协助降解变性蛋白;Hsp70不仅受高温胁迫诱导,且受其它多种胁迫诱导;同时,Hsp70参与植物正常发育过程。Hsp70基因分布广泛,序列高度保守,在植物基因组中以基因家族形式存在,最近广泛用于遗传多样性和系统发育研究。文章对植物中Hsp70的基因家族、结构、表达调控机制和生物学功能进行了综述。     

毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

木薯SWEETs基因家族生物信息学及表达特性研究

SWEET (sugars will eventually be exported transporters)是植物中新发现的一类编码糖转运蛋白的基因,它在植物生长发育及糖代谢过程中发挥重要作用。该基因家族在木薯(Manihot esculenta)中尚未有详细的报道。本研究从Phytozome数据库获得了28个木薯SWEET候选基因并对其进行生物信息学分析,在华南124的木薯苗中通过荧光定量实验检测SWEET基因在旱胁迫下的表达水平。结果发现木薯SWEET基因被分为4簇,主要分布在第6条和第14条染色体上,编码234 aa与302 aa之间的氨基酸序列;木薯SWEET基因家族的表达在旱胁迫条件下发生了变化,其中明显上调的基因有9个,包括MeSWEET1b、MeSWEET2a、MeSWEET6、MeSWEET9a、MeSWEET9b、MeSWEET12、MeSWEET15a、MeSWEET15b和MeSWEET16c;而表达量明显下调的基因也有9个,为MeSWEET2b、MeSWEET3b、MeSWEET4、MeSWEET7、MeSWEET11、MeSWEET16a、MeSWEET16b、MeSWEET17a和MeSWEET17c。这些结果为进一步阐明SWEET基因家族在木薯中的功能提供理论依据。     

异三聚体G蛋白调控植物生长发育功能研究进展北大核心CSCD

异三聚体GTP结合蛋白(G蛋白)是介导真核生物生长发育及逆境响应的关键信号传导组分。动物和植物异三聚体G蛋白由α、β、γ三个亚基组成。近来研究表明,尽管G蛋白核心组分和基本的生化性质在动物和植物中保守,但植物G蛋白表现出新的调控模式。由于G蛋白参与调控植物种子产量、器官大小、生物和非生物胁迫、氮素利用效率等一系列重要的农艺性状,因此对于G蛋白的研究已经成为植物学领域的研究热点。该文对近年来国内外有关植物异三聚体G蛋白的基本组成及结构、动植物G蛋白的作用模式以及G蛋白在植物生长发育过程中的调控作用和植物在逆境胁迫(干旱、温度和盐)响应中的功能等方面的研究进展进行综述,为今后开展植物G蛋白的相关研究提供参考以及为利用G蛋白改良农作物提供理论基础。     

枸杞SWEET基因家族的鉴定与糖含量关系分析

【目的】糖外排转运蛋白（sugars will eventually be exported transporters, SWEETs）在植物生长发育过程中发挥重要作用,为解析SWEETs基因在枸杞（Lycium barbarum L.）果实发育过程中对糖积累作用,进一步为揭示SWEET基因在枸杞果实发育过程中作用提供参考。【方法】研究基于枸杞基因组数据,采用生物信息学方法对枸杞SWEET基因（LbaSWEET）进行全基因组鉴定,并利用已发表的转录数据分析了LbaSWEETs在果实发育时期的基因表达情况。【结果】结果表明,枸杞SWEET基因家族共有37个成员,随机分布于10条染色体上,分别编码152~621个氨基酸,蛋白质分子量为16.87~69.97 kD,等电点为4.96~9.86。亚细胞定位预测位于叶绿体或质膜,大多数含有7个跨膜螺旋。系统进化分析发现,37个LbaSWEET蛋白可分为4个亚群,每个亚群的基因结构和保守基序组成相似。启动子元件分析发现,LbaSWEET基因启动子富含大量激素响应、逆境胁迫和生长发育响应元件。转录组数据和qRT-PCR分析表明,LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量随着果实成熟呈现显著增加。相关性分析结果表明,LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量与果糖含量呈显著正相关。【结论】研究推测LbaSWEET9和LbaSWEET29基因是果糖积累的关键基因。     

响应植物逆境胁迫的线粒体蛋白研究进展

线粒体是真核细胞的重要细胞器,在植物生长发育以及植物对逆境胁迫的响应方面起着重要的作用。除了线粒体呼吸系统蛋白如线粒体电子传递链(mETC)复合物、交替氧化酶(AOX)和解偶联蛋白(UCP),越来越多的线粒体蛋白如PPR、线粒体热激蛋白(HSC)、一氧化氮合酶相关蛋白(NOA)等被报道参与植物对逆境胁迫的调控过程。本文依次综述了参与植物逆境胁迫的呼吸系统蛋白、PPR蛋白、谷胱甘肽和谷氨酸蛋白酶类蛋白、分子伴侣相关蛋白等线粒体蛋白,并阐述了线粒体蛋白参与的胁迫种类及其分子调控的初步机制,为进一步揭示线粒体蛋白调控植物逆境胁迫的分子机制提供参考。     

植物特有的SBP-box基因家族的研究进展

SBP-box基因家族是植物特有的一个基因家族,广泛存在于绿色植物中,其编码的蛋白被认为是一种转录因子,该转录因子含有一个非常保守的SBP区,这个区域包括一个新的锌指结构和一个核定位信号。研究表明SBP转录因子参与了花的形成及其后期发育,叶的形态建成和环境信号应答等多个生物学过程,在植物的生长和发育中起着重要作用。近年来,已从多种植物中分离出SBP-box基因,对于该基因家族结构和功能的研究已成为国内外的研究热点。该文从SBP-box基因家族的发现、结构、系统进化、生物学功能及其调控等方面的研究现状进行综述,并对该基因家族的研究前景提出展望。     

普通小麦祖先种类TaNAC2a基因的生物信息和表达分析

采用生物信息学方法,利用核酸、蛋白数据库对普通小麦祖先种乌拉尔图小麦(Triticum urartu L.)和粗山羊草(Aegilops tauschii L.)NAC转录因子基因家族进行分析,分别鉴定出107、126个NAC蛋白家族成员。根据拟南芥、水稻NAC基因家族分类系统,将其分为15个亚族。通过与抗逆相关基因TaNAC2a进行同源进化树分析,发现5个TuNAC、6个AetNAC基因与其高度同源,对这些基因的蛋白结构域、基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析。结果表明,11个NAC蛋白具有典型的NAC结构域。进化关系较近的基因具有相似基因结构;启动子区域预测发现其均含有逆境胁迫响应作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,TuNAC、AetNAC基因分别在乌拉尔图小麦和粗山羊草根、胚芽鞘、叶组织中均有表达,并呈现出明显的组织表达特异性。通过芯片表达数据和逆境胁迫基因表达试验,推测AetNAC2c基因可能参与植物干旱胁迫响应,AetNAC2b可能参与调控植物的耐旱、耐低温胁迫反应。上述分析结果为普通小麦祖先种基因家族的系统研究,优异候选功能基因的预测、筛选提供了试验依据。     

Nature导读

<正>解析花蜜的进化之谜植物生产和分泌花蜜的过程仍然未知。研究人员对三种不同的开花植物(拟南芥、芜菁和野生烟草)的研究发现,糖转运蛋白SWEET9在三种植物中负责介导花蜜分泌的过程,将糖转运到蜜腺的细胞外区域,是花蜜合成和分泌中的关键元件。SWEET9还可能对于开花植物的进化至关重要,出现在开花植物进化的早期。     

番茄AS2基因家族的系统进化分析

AS2基因家族是一类直接参与转录调控并广泛存在于植物中的转录因子家族,能够调控植物生长发育和抗逆境胁迫过程。本研究通过分析番茄基因组,鉴定了番茄中具有特定结构域的AS2基因,并利用生物信息学手段对番茄AS2基因的系统进化、染色体定位以及基因结构等信息进行了分析。系统进化分析共鉴定了45个番茄AS2基因家族成员,分成5个亚类。亚细胞定位分析表明,该家族基因主要分布在细胞核上。染色体定位揭示了AS2基因分布于10条染色体上,基因主要以片段复制的方式进行扩增。本研究为进一步探究番茄和其他物种中AS2基因功能奠定了基础。     

牡丹开花相关SWEET家族基因生物信息学与表达模式分析

为了揭示SWEET家族基因在牡丹开花过程中的作用,该研究以‘洛阳红’牡丹花瓣转录组数据库为基础,利用生物信息学方法对SWEET家族基因进行鉴定和分析。结果表明:(1)实验共得到10个具有完整开放阅读框的牡丹SWEET基因。(2)牡丹SWEET家族成员蛋白等电点、消光系数等差别不大,其中5个牡丹SWEET基因编码的蛋白为不稳定蛋白;亚细胞定位预测这10个牡丹SWEET基因编码的蛋白均定位在细胞膜;进化树分析显示,牡丹SWEET基因与拟南芥亲缘关系更近;结构分析表明,牡丹SWEET蛋白结构在进化过程中非常保守,这10个牡丹SWEET蛋白同时具有5个相同的Motif且均含2个MtN3 saliva结构域。(3)可溶性糖含量分析显示,从小风铃期到盛花期,牡丹花瓣中蔗糖含量不断降低,果糖和葡萄糖含量不断升高,均在盛花期达到峰值。(4)qRT-PCR分析显示,PsSWEET4盛花期表达量是小风铃期的34倍,PsSWEET8盛花期表达量是小风铃期的60倍。结合这2个基因表达与进化关系及可溶性糖变化值,初步推测PsSWEET4和PsSWEET8在开花过程中可能通过调控果糖、葡萄糖的转运而间接调控开花过程;该结果为进一步研究PsSWEET基因在牡丹生长发育过程中的功能奠定了基础。     

ROPs:植物细胞内多种信号通路的分子开关

植物RHO相关蛋白GTPases(RHO-related GTPases of plants, ROPs)是广泛存在于植物中的一类信号转导G蛋白(又称GTP结合蛋白),其通过结合GDP或GTP在非活性和活性状态间进行切换,进而在细胞极性控制、形态发育、激素水平调控、逆境反应等诸多植物生命活动的信号转导过程中扮演重要的分子开关角色。本文对ROP蛋白的结构域及基于蛋白质结构分类进行了介绍,并对拟南芥、玉米、水稻和大麦中的ROP家族蛋白质进行了系统进化分析。分析结果表明,这些植物中的ROP蛋白根据蛋白质结构域组成可分为Ⅰ类(typeⅠ)和Ⅱ类(typeⅡ)两种类型,而根据蛋白质序列的保守性可将其在植物中的ROP蛋白划分为4个进化枝。本综述不但对ROP蛋白作为分子开关在细胞内调控各种信号通路的机制进行了叙述,还对ROP在花粉管、根毛及植物表皮铺盖细胞极性发育,以及其他抗逆反应中的具体作用和机制及研究进展进行了阐述。本文还对ROP蛋白在ABA、IAA、BR等植物激素信号传导过程中的调控作用及研究进展进行了阐述。本文对植物ROP蛋白研究过程中尚未解决的问题,例如不同的ROP蛋白在同一个信号通路中的作用为何如此不同,以及ROP是如何协调不同的信号通路以共同调控一个植物发育或者生理过程等问题进行了总结,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望。     

逆境相关植物锌指蛋白的研究进展

锌是植物必需的营养元素,锌指蛋白因其具有指状结构特征且能结合Zn2 而得名,植物锌指蛋白包含特有的QALGGH保守结构,可能涉及调控植物特有的生物学功能。人们已经从拟南芥(Arabidopsis thaliana)、矮牵牛(Petunia hybrida Vilm)、水稻(Oryza sativa)、大豆(Glycine max)、棉花(Gossypium hirsutum)等植物中克隆了许多编码锌指蛋白的基因,并对其结构及功能进行了研究。利用转基因技术,将一些与逆境胁迫相关的锌指蛋白基因在目标植物中过量表达后,能对植物起到增强抗逆性的作用,说明锌指蛋白在增强植物逆境抗性方面有着广阔的应用前景。