蛋白质可逆磷酸化调节植物细胞离子跨膜运动研究进展

蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的可逆磷酸化是植物细胞中多种信号转导途径中重要的组成因子.本文对蛋白质可逆磷酸化通过调节多种离子跨膜运动而参与植物细胞激发子信号途径、毒性物质诱导的钙离子内流、盐胁迫适应、气孔运动以及蛋白质可逆磷酸化参与胞外与胞内之间Ca2 状况信息传递,调节花粉管顶端Ca2 离子通道活性进行综述,以揭示蛋白质可逆磷酸化在植物细胞离子跨膜运动中的调控作用,为蛋白质可逆磷酸化调节植物生长发育、响应逆境胁迫等机理的研究提供参考.     

植物氧化胁迫信号应答的研究进展

干旱、盐害以及极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育的重要因子。植物在遭受胁迫时，活性氧的快速积累导致胞内氧化还原稳态被打破，进一步诱导产生次级氧化胁迫损伤。除了初级非生物胁迫胁迫信号外,植物细胞也需要产生一系列的次级氧化胁迫信号。氧化还原信号的感知与传递在植物氧化胁迫应答过程中发挥重要的作用，其生物化学基础是功能蛋白质发生的氧化还原翻译后修饰，分别又由多种具有氧化还原活性的小分子介导。本文综述了近年来植物氧化还原信号的研究进展，展望了未来的研究方向，以期为研究植物氧化胁迫应答及氧化还原信号转导提供参考。     

植物SUMO化修饰及其生物学功能

SUMO化修饰是细胞内蛋白质功能调节的重要方式之一。植物中的SUMO化修饰途径由SUMO分子和SUMO化酶系组成。SUMO化修饰是一个可逆的动态过程。SUMO前体蛋白在SUMO特异性蛋白酶的作用下成熟, 随后通过SUMO活化酶、SUMO结合酶和SUMO连接酶将靶蛋白SUMO化, 最后SUMO特异性蛋白酶将SUMO与靶蛋白分离, 重新进入SUMO化循环。初步研究表明, 植物SUMO化修饰参与植物花期调控、激素信号转导、抗病防御以及逆境应答等生理过程。     

植物SUMO化修饰及其生物学功能

SUMO化修饰是细胞内蛋白质功能调节的重要方式之一。植物中的SUMO化修饰途径由SUMO分子和SUMO化酶系组成。SUMO化修饰是一个可逆的动态过程。SUMO前体蛋白在SUMO特异性蛋白酶的作用下成熟,随后通过SUMO活化酶、SUMO结合酶和SUMO连接酶将靶蛋白SUMO化,最后SUMO特异性蛋白酶将SUMO与靶蛋白分离,重新进入SUMO化循环。初步研究表明,植物SUMO化修饰参与植物花期调控、激素信号转导、抗病防御以及逆境应答等生理过程。     

固有无序蛋白质及逆境胁迫下的分子功能

固有无序蛋白质是一类在生理条件下缺乏稳定三维结构而具有正常功能,参与信号转导、转录调控、胁迫应答等多种生物学过程的蛋白质.植物中许多逆境响应蛋白是固有无序蛋白质,通过其结构无序或部分无序区域在蛋白质 蛋白质、蛋白质 膜脂、蛋白质 核酸的互作中发挥重要作用.本文主要对固有无序蛋白质的类别、氨基酸组成和结构特点以及在逆境胁迫下其稳定细胞膜、保护核酸和蛋白质、调控基因表达等分子功能进行综述,以拓展对逆境胁迫下蛋白质作用分子机制的认识.     

植物响应水分胁迫的主要功能蛋白

植物对水分胁迫的响应蛋白根据其在抗逆机制中的作用不同分为调节蛋白和功能蛋白,本文就植物抵抗和适应水分胁迫的活性氧清除机制、渗透调节机制及膜修饰机制相关的主要功能蛋白作一综述。     

硫氧还蛋白的结构及在生物抗氧化中的功能

硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)是广泛存在于原核与真核生物体内的氧化还原调节蛋白。Trx通过对目标蛋白质进行还原,从而调节机体的氧化还原平衡。Trx与硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)及NADPH共同组成硫氧还蛋白系统参与众多生理过程。细胞中的活性氧是导致生物氧化胁迫的一个主要方面。Trx可以通过对细胞内被氧化的二硫键的还原来修复机体的氧化损伤,并通过这种方式防止机体衰老。同时,Trx系统可以与其它氧化还原系统如谷胱甘肽(GSH)系统协调配合,并消除体内过多的活性氧。     

细胞的氧化还原平衡调控及巯基修饰

生物大分子的功能受细胞氧化还原环境影响和调控,细胞内氧化还原平衡的维持对于细胞的正常生长至关重要,与多种生理和病理过程密切相关。现将细胞内氧化还原平衡体系、氧化还原调控的主要信号通路及生物学过程、活性氧及活性氮通过蛋白质巯基修饰发挥生物学功能的分子机制,尤其是巯基亚硝基化修饰机制,以及还原应激效应的最新研究予以综述。     

植物质膜蛋白质组的逆境应答研究进展

质膜作为原生质体与外界环境的屏障, 除了维持正常的细胞内稳态和营养状况, 还参与感知和应答各种环境胁迫。近年来, 植物质膜蛋白质组学研究为深入分析植物应答不同生物和非生物胁迫的分子机制提供了重要信息, 已经报道了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等10种植物质膜应对生物胁迫(白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)感染)与非生物胁迫(冷、盐、水淹、渗透、高pH值、Fe缺乏及过量、氮素、脱落酸、壳聚糖和壳寡糖)过程的蛋白质丰度模式变化。通过整合分析植物质膜响应逆境的蛋白质组学研究结果, 揭示了质膜在植物应答逆境胁迫过程中的重要作用。植物通过调节转运蛋白、通道蛋白及膜泡运输相关蛋白的丰度变化促进细胞内外的信号传递、物质交换与运输; 同时利用膜相关的G蛋白、Ca²⁺信号、磷酸肌醇信号途径及BR信号途径等多种信号通路, 通过蛋白质可逆磷酸化作用感知和传递胁迫信号, 调节植物抵御胁迫。研究结果为从蛋白质水平认识质膜逆境应答分子调控机制提供了新线索。     

植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统

蛋白质SUMO化修饰是一种调控蛋白命运的关键修饰方式, 广泛参与植物生长发育及逆境胁迫响应。SUMO化修饰过程主要由激活酶(E1)-结合酶(E2)-连接酶(E3)组成的级联酶促反应催化, 其关键酶组分将SUMO分子缀合至底物蛋白的赖氨酸残基, 形成共价异肽键以完成SUMO化修饰过程。该文报道了1种植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统, 通过在大肠杆菌(Escherichia coli)中构建拟南芥(Arabidopsis thaliana) SUMO化修饰的关键通路实现对底物蛋白的SUMO化修饰, 结果可通过免疫印迹进行检测。该系统可以简化植物蛋白质SUMO化修饰的检测流程, 为植物细胞SUMO化修饰的功能研究提供了有力工具。     

拟南芥SRO蛋白家族的结构及功能分析

许多生物及非生物胁迫都会引起植物的氧化胁迫, 参与植物氧化胁迫反应组分的鉴定备受人们的关注。拟南芥SRO家族成员包括AtRCD1、AtSRO1、AtSRO5等, 调节植物对氧化胁迫的反应。AtSROs参与植物正常的生长发育, 同时在植物应对干旱、盐、重金属等胁迫反应中扮演重要角色。AtSROs存在保守的PARP、RST等特殊功能区, 推测其可能具备蛋白的转录、调节、修饰等功能。文章就拟南芥SRO家族成员的基本状况, 在植物生长发育及应对非生物胁迫反应中的作用进行概述, 为进一步研究AtSROs的生物学功能提供理论基础。     

酿酒酵母氧化胁迫应答反应机制

氧化胁迫是生物体面对逆境时的重要反应。在与逆境和活性氧做斗争的过程中,细胞进化出一套完整的应答调控机制,通过调节体内活性氧的代谢平衡,来保护DNA、脂质和蛋白质等免受氧化攻击。本文以酿酒酵母为例,根据近年来国内外研究的进展,围绕其在氧化胁迫应答过程中的三道保护屏障,即抗氧化物质和防御酶系统、转录调节和氧化物降解以及细胞器自噬,综述了其抗氧化代谢机理,为深入认识细胞的抗氧化应答机制奠定基础。     

氮代谢参与植物逆境抵抗的作用机理研究进展

近年来,植物所受到的诸如干旱、盐、高温、低氧、重金属胁迫和营养元素缺乏等环境胁迫越来越多,严重影响了植物的生长发育及作物的质量和产量。氮素是植物生长发育所需的必需营养元素,同时也是核酸、蛋白质和叶绿素的重要组成成分,其代谢过程与植物抵抗逆境的能力息息相关。氮代谢是指植物对氮素的吸收、同化和利用的全过程,是植物体内基础代谢途径之一。氮代谢主要从氮素吸收、同化及氨基酸代谢等方面参与植物的抗逆性,并通过调节离子吸收和转运、稳定细胞形态和蛋白质结构、维持激素平衡和细胞代谢水平、减少体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成以及促进叶绿素合成等生理机制来影响植物抵抗非生物胁迫的能力。因此,提高植物在逆境下的氮代谢水平是减轻外界胁迫对其损伤的一种潜在途径。该文从氮素同化的基本途径出发,分别阐述了氮代谢在干旱胁迫、盐胁迫和高温胁迫等多个方面的逆境抵抗过程中的作用机理,为氮代谢参与植物抗逆性研究提供了有利参考。     

植物醛脱氢酶在逆境胁迫中的研究进展

干旱、盐和病虫害等逆境胁迫已成为制约植物生长和作物产量的主要因素。植物在生长过程中进化出从形态到生理的一系列机制以缓解胁迫对自身的损害。逆境胁迫下醛类物质的富集会产生一系列的过氧化链式反应,危害细胞膜系统正常生理功能。过量的醛也会与蛋白质和核酸反应,破坏蛋白质和核酸的正常结构和功能,甚至直接导致植物死亡。植物体内醛脱氢酶基因(Aldehyde dehydrogenase,ALDH)在胁迫诱导条件下表达水平增加,大量累积的醛脱氢酶蛋白(ALDHs)将醛物质氧化成相应的羧酸,减少脂类物质的过氧化,参与到植物对生物及非生物的胁迫以及植物的发育调节。从ALDH的分类、功能及作用途径展开详细论述。     

螺旋藻对增强的UV-B胁迫的响应

本文研究了实验室条件下增强的uv-B（280-320nm）胁迫对一种蓝藻一钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）794生物量、色素和蛋白、细胞内MDA含量及活性氧产生的影响。结果表明,在增强的uV-B胁迫下,螺旋藻的生物量减少,细胞内叶绿素a和类胡萝卜素含量降低,从而使螺旋藻的生长发育受到一定程度的抑制,而细胞浆蛋白质含量增加,这可能是螺旋藻对逆境胁迫的一种适应性反应。增强UV-B胁迫下,螺旋藻细胞内MDA含量增加,与之相对应,活性氧的产生速率也增加,进一步证实了逆境胁迫下,植物细胞内叶绿素含量的下降、MDA的积累主要与UV-B胁迫下活性氧的产生及其对细胞的氧化损伤有关。     

植物PP2C蛋白磷酸酶ABA信号转导及逆境胁迫调控机制研究进展

蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)是蛋白质可逆磷酸化调节机制中的关键酶,而PP2C磷酸酶是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,是高等植物中最大的蛋白磷酸酶家族,包含76个家族成员,广泛存在于生物体中。迄今为止,在植物体内已经发现了4种PP2C蛋白磷酸酶。蛋白激酶和蛋白磷酸酶协同催化蛋白质可逆磷酸化,在植物体内信号转导和生理代谢中起着重要的调节作用,蛋白质的磷酸化几乎存在于所有的信号转导途径中。大量研究表明,PP2Cs参与多条信号转导途径,包括PP2C参与ABA调控,对干旱、低温、高盐等逆境胁迫的响应,参与植物创伤和种子休眠或萌发等信号途径,其调控机制不同,但酶催化活性都依赖于Mg2+或Mn2+的浓度。植物PP2C蛋白的C端催化结构域高度保守,而N端功能各异。文中还综述了高等植物PP2C的分类、结构、ABA受体与PP2Cs蛋白互作、PP2C基因参与ABA信号途径以及其他逆境信号转导途径的研究进展。     

叶绿体中活性氧的产生和清除机制

正常情况下植物细胞内活性氧（reactive oxygen species ROS）的产生和清除是平衡的,但是,一旦植物遭受环境胁迫,ROS的积累超过抗氧化剂防护系统清除能力,就会产生氧胁迫损伤细胞。由于叶绿体作为光合作用的场所与其他细胞器相比更易遭受氧化胁迫的伤害。因此,叶绿体进化了更强的防御机制调控电子传递链的氧化还原平衡及叶绿体基质中的氧化还原状态。活性氧具有双重效应．高浓度的活性氧对植物细胞有很强的毒害作用,低浓度时可充当信号分子参与植物的某些防卫反应过程,本文就叶绿体中活性氧的产生（三线态叶绿素、PSI和PSI I电子传递链）、网络清除（抗氧化剂,SOD,As—Glu循环系统,硫氧还蛋白）机制以及功能作用进行了综述。     

植物铁蛋白与氧化胁迫应激

植物铁蛋白是植物体重要的铁调节蛋白。许多研究表明植物铁蛋白与氧化胁迫抗性之间具有较强关联。植物铁蛋白不仅能抵御高铁产生的氧化毒性,在很多氧化胁迫及环境胁迫抗性中也发挥作用。对植物铁蛋白在氧化及逆境胁迫中的应激加以综述,为铁蛋白在生物工程领域的应用提供理论依据。     

植物应答非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境对植物的生长发育产生不利影响,植物在长期适应环境中演化出了相应的机制。蛋白质是基因表达的最终产物,是细胞生命活动的基础,在逆境条件下,许多与逆境相关的蛋白质表达量发生变化。蛋白质组学技术的发展为鉴定和研究逆境响应相关蛋白提供了手段,为阐述逆境应答分子机理提供了重要的依据。本综述根据近年来采用蛋白质组学研究植物应答非生物胁迫(干旱,高盐和低温)的结果,总结并讨论了不同逆境下蛋白表达的组织特异性特点,旨在为理解植物的逆境胁迫响应机制提供更多信息。     

活性氧在植物非生物胁迫响应中功能的研究进展

活性氧(ROS)是植物在响应非生物胁迫过程中不可或缺的组成部分。适量的ROS可通过参与信号转导途径调节植物响应多种胁迫,而过量的ROS致使植物处于氧化应激状态。植物中每个亚细胞室都含有一套独立的ROS产生和清除途径,各自的ROS稳态水平及氧化还原状态也在不断发生变化,表现出各自独特的ROS特征。本文综述了近年来有关ROS在植物非生物胁迫响应过程中功能的研究进展及其在介导快速系统信号转导中的作用,为深入研究ROS在植物非生物胁迫响应中的功能提供参考。