植物凝集素类受体蛋白激酶研究进展

自然界中植物的生长发育受到各种环境变化的影响。为了响应外界各种环境条件,植物演化出一系列识别和传递环境信号的蛋白分子,其中比较典型的是植物细胞质膜上的类受体蛋白激酶(RLKs)。凝集素类受体蛋白激酶(LecRLKs)是类受体蛋白激酶家族中的一个亚族,它主要包含3个结构域:细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同,LecRLKs可分为3种不同类型:L、G和C型。近年来,研究表明LecRLKs在植物生物/非生物胁迫和发育调控中发挥非常重要的作用。该文综述了植物凝集素类受体蛋白激酶的研究历史、结构特点、分类以及生物学功能,并重点阐述凝集素类受体蛋白激酶在植物生物/非生物胁迫响应和调控发育方面的功能。对不同类型和不同功能的植物凝集素类受体蛋白激酶进行阐述将有利于对该类蛋白开展功能研究,并为作物改良提供有益借鉴。     

植物凝集素类受体蛋白激酶研究进展

自然界中植物的生长发育受到各种环境变化的影响。为了响应外界各种环境条件,植物演化出一系列识别和传递环境信号的蛋白分子,其中比较典型的是植物细胞质膜上的类受体蛋白激酶(RLKs)。凝集素类受体蛋白激酶(LecRLKs)是类受体蛋白激酶家族中的一个亚族,它主要包含3个结构域:细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同, LecRLKs可分为3种不同类型:L、G和C型。近年来,研究表明LecRLKs在植物生物/非生物胁迫和发育调控中发挥非常重要的作用。该文综述了植物凝集素类受体蛋白激酶的研究历史、结构特点、分类以及生物学功能,并重点阐述凝集素类受体蛋白激酶在植物生物/非生物胁迫响应和调控发育方面的功能。对不同类型和不同功能的植物凝集素类受体蛋白激酶进行阐述将有利于对该类蛋白开展功能研究,并为作物改良提供有益借鉴。     

火鹤AaSERK基因克隆及其在体细胞胚胎发生中的表达分析

为了探讨体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶(SERK)基因在火鹤体细胞胚胎发生中的作用,以火鹤胚性愈伤组织为材料,利用RT-PCR结合RACE技术,克隆了火鹤体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶基因(AaSERK),通过实时荧光定量PCR(Real time-PCR)技术分析了AaSERK的相对表达量。结果显示:(1)该基因全长为1 949bp,包含1 866bp开放阅读框,编码蛋白由622个氨基酸组成。(2)预测该基因具有SERK家族典型的结构域:1个信号肽、1个亮氨酸拉链结构域、5个富亮氨酸重复序列结构域、1个SPP基序、1个跨膜结构域、含11个亚区的激酶结构域、1个C端结构域。DNAMAN分析显示,该基因编码的氨基酸序列与其它植物的一致性达到65%~89%。(3)在离体诱导体细胞胚胎发生的各阶段中,AaSERK基因在诱导阶段及发育培养阶段微弱表达或者几乎不表达,在继代培养第30天的胚性愈伤组织中表达量最高。推测该基因可以作为火鹤体细胞胚胎发生的一个标记基因。     

植物类受体蛋白激酶的研究进展

植物类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase,RLKs)通过胞外结构域识别病原信号分子,发生磷酸化、去磷酸化反应而开启或关闭下游靶蛋白,调节植物固有免疫反应,诱导抗病防御反应.目前对植物类受体蛋白激酶的功能、信号传导和配体识别等方面的研究已成为该领域的重点.本文对近年来国内外有关植物类受体蛋白激酶的结构、功能及其在植物抗病防御反应中的作用研究进行综述,为今后进一步深入研究植物类受体蛋白激酶的生理生化功能及应用提供参考.     

植物体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶的生物学功能

体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶(Somatic embryogenesis receptor-like kinases, SERKs)属于膜富亮氨酸重复序列受体类蛋白激酶(Leucine-rich repeat sequence receptor-like kinase, LRR-RLK)家族的第二亚类。SERK具有典型的胞外信号受体结构域、跨膜结构域和胞内激酶活性结构域, 研究发现SERKs在植物生命活动中承担着多个角色。文章简述了SERKs的典型结构域特征, 重点介绍该类蛋白在体细胞胚发生、生殖发育、激素感应和病理反应方面发挥的功能, 同时对该蛋白激酶的研究价值和应用前景进行了探讨。     

植物体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶的生物学功能

体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶(Somatic embryogenesis receptor-like kinases,SERKs)属于膜富亮氨酸重复序列受体类蛋白激酶(Leucine-rich repeat sequence receptor-like kinase,LRR-RLK)家族的第二亚类。SERK具有典型的胞外信号受体结构域、跨膜结构域和胞内激酶活性结构域,研究发现SERKs在植物生命活动中承担着多个角色。文章简述了SERKs的典型结构域特征,重点介绍该类蛋白在体细胞胚发生、生殖发育、激素感应和病理反应方面发挥的功能,同时对该蛋白激酶的研究价值和应用前景进行了探讨。     

大豆类受体蛋白激酶基因GmRLCK的克隆及初步分析

植物类受体蛋白激酶(receptor-likeproteinkinase,RLK)在高等植物生长发育和环境刺激的信号传导中起着重要的作用。本文报告了一个新的大豆类受体蛋白激酶基因的全长cDNA克隆及对其基因结构和功能的初步分析。研究表明该基因序列编码的蛋白包含一个跨膜域、一个具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的胞内域和一个缺少N-末端信号肽的胞外域。采用生物信息学方法分析表明,该基因与一些拟南芥菜类受体蛋白激酶基因具有很高的相似性,这些激酶N-末端都缺少信号序列,属于植物胞质类受体激酶(receptor-likecytoplasmickinase,RLCK)亚家族。因此命名该大豆基因为GmRLCK(GenBankAccessionNo.AY687390)。对GmRLCK激酶域中磷酸化可能性较高的位点进行了预测。RT-PCR的结果表明,GmRLCK在大豆子叶、根、花以及豆荚中都有较高的表达,而在胚根、茎和成熟叶片中的表达相对较弱。进化分析表明GmRLCK与一些衰老相关的植物类受体蛋白激酶具有较近的亲缘关系。     

大叶落地生根类糖原合成激酶KdSK基因的克隆与表达分析

类糖原合成酶激酶(SKs)属于丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,在植物器官发育、激素信号传导过程中十分重要,并参与生物胁迫、非生物胁迫的应答过程。大叶落地生根中的胎生苗发育过程,同时具备胚胎发生和器官发生的特征,是研究无性生殖的理想模型。为了更好地理解大叶落地生根中胎生苗发育的分子机制,该研究利用RACE-PCR技术,从大叶落地生根中克隆了1个新的基因KdSK。该基因具有423个氨基酸残基,分子量为47.79 kD,等电点为8.37,其开放阅读框长为1 272 bp。其蛋白与黄瓜的同源性最高,属于植物类GSK3/shaggy蛋白激酶家族的第Ⅳ类,与苜蓿(MSK4)蛋白在进化关系上最近,且与拟南芥(AtSK4-1、AtKSK4-2)聚为一枝。保守域结构分析表明,KdSK蛋白具有明显的蛋白激酶的结构域,包括蛋白激酶的ATP结构域和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活化结构域。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在大叶落地生根的根中表达量最高,且受渗透胁迫(甘露醇)的诱导上调表达。该研究首次从大叶落地生根中克隆出KdSK基因,该研究结果为进一步研究该基因的功能打下了基础。     

植物富含亮氨酸重复序列型类受体蛋白激酶的生物学功能

介绍了植物富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat,LRR)型类受体蛋白激酶概念、最近发现的这类蛋白激酶的亚结构域特征;总结了目前已确定其功能的LRR型类受体蛋白激酶,并分别阐述了它们在参与植物抗逆性反应、发育调控及激素的信号转导等过程中的生物学功能;着重介绍和讨论了LRR型类受体蛋白激酶复合物之间及其与下游成分KAPP之间互作而产生信号传递的分子机理.最后展望了LRR型类受体蛋白激酶生物学功能、信号转导机制、以及应用于生产实践的研究前景.     

CRISPR/Cas9技术在水稻类受体激酶基因OsBAK1L突变体制备中的应用

植物类受体激酶在植物生长发育及响应外界环境信号刺激中具有重要作用,为了进一步研究水稻类受体激酶OsBAK1L的功能,我们利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑。OsBAK1L定位在细胞膜上且该基因预测编码蛋白包含三个功能结构域:胞外LRR结构域、跨膜结构域及胞内激酶域。为了进一步理解该蛋白不同结构域上的功能,我们分别在胞外LRR结构域(Target 1)和胞内激酶域(Target 2)上设计该基因定点编辑靶点。将合成的靶位点序列插入入门载体CH,然后与表达载体Cas9进行重组。重组载体通过农杆菌介导方法转入野生型水稻9522中,2个构建分别获得26棵和12棵潮霉素抗性植株。通过对转基因植株的测序分析,找到了3棵和2棵序列发生变化的杂合T_0代植株。T_0代杂合植株自交分离分别获得T_1代两靶位点处纯合子突变体,靶位点1处纯合子突变体株系缺失5个碱基,靶位点2处纯合子突变体株系插入1个碱基,均可造成该基因转录本翻译提前终止。该基因不同结构域上突变体的获得为进一步研究该基因功能提供了重要且稳定的遗传材料。     

‘红巴梨’果皮UFGT基因的克隆及表达分析

以‘巴梨’红色芽变品种‘红巴梨’果皮为材料,采用同源克隆技术和RACE结合的方法,克隆了UFGT(UDP-葡萄糖:类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶)蛋白的部分cDNA,命名为Pc UFGT。结果表明:该cDNA片段长为1 089 bp,与苹果UFGT基因序列一致性达89%,氨基酸序列同源性为85%,含有糖基转移酶的UDPGT、COG1819和MGT等保守域。荧光实时定量PCR分析表明,该基因在‘红巴梨’幼果期表达强度约为‘巴梨’的2倍,而果实成熟期表达强度略低于‘巴梨’;该基因在‘红巴梨’果肉中不表达。     

人脑内-含有ACP样结构域新基因的发现

为寻找脑内新基因,以正常成人全脑cDNA为模板,采用锚定PCR方法进行扩增,将经琼脂糖DNA电泳 鉴定获得的一约1200bp大小的特异性条带回收,并克隆入Teasy载体.用310 Genetic Analyzer进行自动测序. 所得序列进行生物信息学分析BLAST相似性分析结果证明所得序列为新序列,读框分析表明,该序列中存在 一完整编码区,编码含357个氨基酸的蛋白质.ProDom软件分析发现其含有酰基携带蛋白(ACP)样结构域. 随后,经3'RACE法克隆到该基因的全长cDNA,其全长为2024bp,染色体定位在14q11.2,含有16个外显子, 15个内含子,该基因已登录到GenBank.经设计编码区引物,从Teasy载体扩增出编码区后再克隆入pGEX-4T1 表达载体,经异丙基硫代-D-乳糖苷(IPTG)化学诱导表达.其编码区克隆人pGEX-4T1表达载体后,转入 JM109宿主菌,经IPTG诱导已得到表达.点杂交及RNA印迹表明,该基因在正常成人脑内广泛高表达.     

茶树花粉特异蛋白基因CsPSP1的分离及序列分析

利用cDNA-AFLP技术比较了茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze cv.Wulong]花蕾发育早期和晚期的基因表达,结果表明存在明显差异。以E12和M20为引物对在晚期发育花蕾中筛选出一条281 bp特异表达的差异条带TDF53(transcipt-derived-fragment,TDF)。RT-PCR分析表明该片段只在晚期发育花蕾中特异表达。用RACE方法延伸其末端序列,克隆并测序获得全长cDNA序列(GenBank登录号:DQ887753)。该基因全长2079 bp,开放阅读框1701 bp,编码567个氨基酸,其分子量为63 kDa。序列和结构的同源性分析表明:该基因编码的氨基酸序列与烟草、油菜的花粉特异蛋白等同源性较高,由此推定,该基因为编码茶树花粉特异蛋白的基因,并将分离到的花粉特异蛋白基因命名为CsPSP1。     

Cloning and Characterization of the Microspore Development-Related Gene BcMF2 in Chinese Cabbage Pak-Choi （Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino）

For the sake of providing some important information relevant to the study of the molecular mechanism of genic male sterility in plants, gene differential expression in flower buds at different developmental stages, as well as in rosette leaves, florescence leaves, and scapes was analyzed using cDNA amplified fragment length polymorphism (cDNA-AFLP) in the genic male sterile A and fertile B line of Chinese cabbage pak-choi. Following amplification of 125 pairs of primer combinations, 11 differential fragments were obtained, of which eight were from the B line and the other three were from the A line. Of 11 differential fragments, four were verified by Northern hybridization that were expressed preferentially in fertile flower buds. Results of GenBank BLAST showed that one fragment was with unknown function, whereas the other fragments have strong nucleotide sequence similarities with the polygalacturonase (PG) gene, the pectinesterase (PE) gene, and the polygalacturonase inhibitory protein (PGIP4) gene. Only fulllength cDNA from the differential fragment BcMF-A 18T 16-1 was amplified by rapid amplification of cDNA ends (RACE) and Northern analysis showed that this fragment was expressed only in medium and largesized flower buds of the B line. The full-length cDNA, designated as BcMF2 (Brassica campestris Male Fertile 2), was 1 485 bp long and was composed ofa 1 263-bp open reading frame, which had 83% nucleotide similarity to a PG gene from Arabidopsis encoding polygalacturonase. Analysis of the basic structure of the protein revealed that it had one polygalacturonase active site (RVTCGPGHGLSVGS) at 256th site of amino acids and was classified as being a member of family 28 of the glycosyl hydrolases. The role of the BcMF2gene on microspore development is discussed in the present paper.     

Evidence for the main foot protein gene in Perna perna (Mollusca, Mytilidae)

Here, we investigated the gene that encodes the main protein component of the byssus in Perna perna (Ppfp) using a consensus fluorescent probe for the Mytilus group and by polymerase chain reaction amplification using specific and random primers. A 524-bp fragment resulting from polymerase chain reaction amplification was found to be homologous to the fp-1 gene of Mytilus coruscus. This fragment was identified as the 3' end of the Ppfp-1 gene, which included the heptapeptide coding sequence for Lys-Pro-Ser-Tyr-Pro-Pro-Ter (probably the incomplete last tandem repeat unit of the giant exon), the stop codon and the polyadenylation signal.     

Cloning and Characterization of the Microspore Development-Related Gene BcMF2 in Chinese Cabbage Pak-Choi (Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino)

For the sake of providing some important information relevant to the study of the molecular mechanism of genic male sterility in plants, gene differential expression in flower buds at different developmental stages, as well as in rosette leaves, florescence leaves, and scapes was analyzed using cDNA amplified fragment length polymorphism (cDNA-AFLP) in the genic male sterile A and fertile B line of Chinese cabbage pak-choi. Following amplification of 125 pairs of primer combinations, 11 differential fragments were obtained, of which eight were from the B line and the other three were from the A line. Of 11 differential fragments, four were verified by Northern hybridization that were expressed preferentially in fertile flower buds. Results of GenBank BLAST showed that one fragment was with unknown function,whereas the other fragments have strong nucleotide sequence similarities with the polygalacturonase (PG)gene, the pectinesterase (PE) gene, and the polygalacturonase inhibitory protein (PGIP4) gene. Only fulllength cDNA from the differential fragment BcMF-A18T16-1 was amplified by rapid amplification of cDNA ends (RACE) and Northern analysis showed that this fragment was expressed only in medium and largesized flower buds of the B line. The full-length cDNA, designated as BcMF2 (Brassica campestris Male Fertile 2), was 1 485 bp long and was composed of a 1 263-bp open reading frame, which had 83% nucleotide similarity to a PG gene from Arabidopsis encoding polygalacturonase. Analysis of the basic structure of the protein revealed that it had one polygalacturonase active site (RVTCGPGHGLSVGS) at 256th site of amino acids and was classified as being a member of family 28 of the glycosyl hydrolases. The role of the BcMF2 gene on microspore development is discussed in the present paper.     

毕氏海蓬子SbDREB基因的克隆与表达分析研究

以毕氏海蓬子的基因组为模板,通过PCR技术扩增到一个编码DREB蛋白AP2保守结构域的基因片段;根据该片段序列设计引物,以毕氏海蓬子经NaCl处理的植株肉质茎cDNA为模板,应用RACE技术获得该基因的cDNA全长,命名为SbDREB(GenBank登录号:JF894301)。SbDREB基因cDNA全长1206bp,包含一个编码284个氨基酸的完整开放阅读框。对氨基酸序列比对分析表明,该蛋白在靠近N端具有典型的AP2/EREBP保守结构域,且该结构域与一些高等植物DREB类转录因子的AP2区域具有高度同源性。进化树分析表明SbDREB属于DREB亚家族中的A-6亚族。实时荧光定量PCR结果显示:干旱、高盐和ABA能够诱导其表达,而低温则使其表达下调,表明该基因在毕氏海蓬子植株对干旱、盐和低温等非生物胁迫的应答中起作用。     

非核糖体肽合成酶基因腺苷酰化结构域序列克隆及分析

微生物许多非核糖体肽类次生代谢产物主要是由非核糖体肽合成酶(NRPS)催化合成。参考Gontang发布的非核糖体肽合成酶(NRPS)通用引物设计扩增NRPS腺苷酰化结构域基因序列的特异引物,从海洋链霉菌L1的基因组DNA中扩增获得一个715 bp的NRPS基因序列。测序结果及比对分析表明该片段属于NRPS腺苷酰化结构域部分序列。对其拟翻译的氨基酸序列组成成分、理化性质进行分析,显示其包含AFD class I超基因家族核心结合区,为NRPS腺苷酰化结构域(A结构域)所在区域。对氨基酸序列的二级结构预测和三级结构模拟,发现与数据库中肠菌素合酶F组分的结构相似。为后续研究A结构域的特异性及完整NRPS基因簇克隆提供了参考。     

冬枣过氧化氢酶基因的克隆及表达分析

从冬枣半红期和全红期果实的SSH文库中筛选得到与桃树CAT1基因相似性高达88%的基因片段。根据该基因片段设计特异性引物,通过5′和3′-RACE扩增,拼接得到1 586bp序列,该序列包含了1 479bp的完整开放阅读框,编码492个氨基酸,具有CAT基因家族的保守功能域,命名为ZjCAT,GenBank登录号为JN831452。氨基酸序列分析表明,ZjCAT与桃树、陆地棉等多种植物的过氧化氢酶有很高的相似性,并属于类型Ⅲ过氧化氢酶。实时PCR分析结果显示,ZjCAT基因在冬枣不同组织和果实成熟期差异性表达,其中在冬枣半红期果实中表达量最高。表明ZjCAT基因在冬枣果实成熟衰老过程中可能具有重要的调控作用。