植物的双组分信号系统

双组分系统由感受信号输入的组氨酸(His) 蛋白激酶和调节信号输出的反应调控因子组成,涉及许多原核生物、真菌、黏菌和植物的各种信号转导途径。在植物中,还存在更复杂的包括杂合的His激酶、磷酸传递中间体和反应调控因子的信号系统,称为多步骤双组分系统。最近的研究表明,双组分系统在对环境刺激和生长调节剂(如乙烯、细胞分裂素、光和渗透胁迫)的反应中起重要作用。     

植物双组分信号系统

植物中存在着一种双组分信号系统,该系统由组氨酸蛋白激酶,HPt蛋白和反应调节器组成,它参与乙烯,细胞分裂素等的信号转导,并且与光敏色素信号产生有关。     

拟南芥植物中的双组分信号系统

双组分信号系统是普遍存在于原核和真核细胞中,在进化上较保守的信号转导系统,主要由组氨酸蛋白激酶和应答调控器组成。双组分信号系统在植物的生长和发育中起非常重要的作用。随着拟南芥基因组测序的完成和功能基因组的深入研究发现,在拟南芥基因组中有55种参与双组分信号系统磷酸传递的蛋白。本文应用生物信息学的基本手段,如序列比较、多个序列比对、系统进化树分析、跨膜区分析、二级结构预测等,对这些蛋白进行系统分类,结构分析,并对在信号转导中已知功能的蛋白进行归类总结,便于人们了解双组分信号系统的作用机制及其在植物中的功能。     

铜绿假单胞菌的双组分系统

双组分系统是存在于原核和少部分真核生物细胞中的信号转导系统,主要由组氨酸蛋白激酶和反应调节蛋白组成,通过感应外界环境信号、信号输入、磷酸基团传递、信号输出等环节调节基因表达,使细胞能更加适应环境变化。铜绿假单胞菌为条件致病菌,其双组分系统构成多样、功能复杂且参与介导耐药性产生,因此铜绿假单胞菌的双组分系统日益引起人们关注。本文对铜绿假单胞菌双组分系统的组成、信号转导机制、种类、研究方法及其临床意义进行了综述。     

影响肺炎链球菌感受态形成的双组分系统

肺炎链球菌在生长过程中可自发形成感受态,从而改变自身的毒力和生存能力,以适应环境的变化。肺炎链球菌的部分双组分系统与其感受态形成密切相关,对相关双组分系统的研究可为进一步探索肺炎链球菌感受态形成机制、深入理解肺炎链球菌的致病机制和耐药机制提供理论依据。     

细胞分裂素:代谢、信号转导、交叉反应与农艺性状改良

在高等植物中,细胞分裂素通过对细胞分裂与分化的调节而广泛参与了对植物生长发育的调控。在过去的10余年,利用模式植物拟南芥的研究,在阐明细胞分裂素的代谢、转运与信号转导等方面取得了重要的进展。同时,关于细胞分裂素与其它信号途径之间存在的广泛交叉反应也受到了人们的注意。根据我们现有的知识,细胞分裂素信号转导是通过磷酸基团在一个双元组分系统之间的系列传递而完成的,该过程被称之为“磷酸接力传递”（phosphorelay）。细胞分裂素与其它信号途径的互作可能也主要是通过双元组分系统链接的。双元组分系统中目前已知的主要信号元件不仅表现出功能冗余性,同时在调控特定的植物生长发育过程时也具有特异性。本文在对细胞分裂素的代谢与转运过程简要评述的基础上,对其信号转导以及与其它信号途径间交叉反应的研究进展进行重点讨论,并展望细胞分裂素研究对重要农业性状改良的意义。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

双组分系统——细胞识别渗透胁迫信号的感应器

双组分系统是广泛存在于原核和真核细胞中的信号转导系统.主要由组氨酸蛋白激酶(HPK)和响应调节蛋白(RR)两个组分组成. 双组分系统信号通路一般包括信号的输入、HPK自身磷酸化、RR磷酸化、信号输出等环节.对双组分系统信号转导机制及其在渗透胁迫信号识别和传导中的作用进行了综述.     

细胞分裂素: 代谢、信号转导、交叉反应与农艺性状改良

在高等植物中, 细胞分裂素通过对细胞分裂与分化的调节而广泛参与了对植物生长发育的调控。在过去的10余年, 利用模式植物拟南芥的研究, 在阐明细胞分裂素的代谢、转运与信号转导等方面取得了重要的进展。同时, 关于细胞分裂素与其它信号途径之间存在的广泛交叉反应也受到了人们的注意。根据我们现有的知识, 细胞分裂素信号转导是通过磷酸基团在一个双元组分系统之间的系列传递而完成的, 该过程被称之为“磷酸接力传递”(phosphorelay)。细胞分裂素与其它信号途径的互作可能也主要是通过双元组分系统链接的。双元组分系统中目前已知的主要信号元件不仅表现出功能冗余性, 同时在调控特定的植物生长发育过程时也具有特异性。本文在对细胞分裂素的代谢与转运过程简要评述的基础上,对其信号转导以及与其它信号途径间交叉反应的研究进展进行重点讨论, 并展望细胞分裂素研究对重要农业性状改良的意义。     

乳酸乳球菌双组分系统调控有氧呼吸的研究

【背景】乳酸乳球菌作为食品行业的代表性菌株,如何通过双组分系统响应环境因子与代谢调控的分子机制研究,对发酵食品产业和益生菌制剂行业有着重要的意义。【目的】探究乳酸乳球菌双组分系统对有氧呼吸代谢调控的相关网络,为乳酸菌适应性代谢研究提供新思路。【方法】采用生物信息学方法,系统性地分析乳酸乳球菌双组分系统组氨酸激酶和反应调节因子的结构域组成及预测双组分系统功能,筛选出与有氧呼吸有潜在联系的双组分,并进一步通过基因转录表达和非靶向代谢组学验证。【结果】以乳酸乳球菌的代表菌株NZ9000为例构建相互作用蛋白网络,显示双组分系统与丙酮酸代谢网络关键连接点为丙酮酸铁氧还蛋白氧化还原酶(nifJ)。在不同的生长时期,Lactococcus lactis NZ9000双组分转录表达在延滞期变化显著。与厌氧培养相比,有氧培养和有氧呼吸培养的菌体双组分呈现下调趋势。双组分系统参与乳酸菌氧化应激和血红素胁迫过程。【结论】明确乳酸乳球菌参与有氧呼吸的双组分系统以及代谢通路,有助于提高发酵剂、益生菌剂的存活率和竞争力。     

植物糖感知和糖信号传导

糖在植物的生命周期中具有重要作用,它不仅是一种能量来源和结构物质,同时还是一种信号分子,它调控植物的生长发育和基因表达.本文综述了植物糖感知和糖信号传导的不同机制和遗传基础,以及糖信号和激素信号间的相互关系.     

高等植物EIN3/EILs转录因子研究进展

Ethylene-insensitive3(EIN3)和EIN3-like(EIL)蛋白是乙烯信号转导途径中重要的核转录因子。目前已经从多种高等植物中分离得到EIN3/EILs,其属于一个小的转录因子家族。这类转录因子在氨基酸序列N端高度保守,包括酸性氨基酸区、脯氨酸富集区、碱性氨基酸簇等涉及DNA结合的重要结构域,它们通过直接结合到初级乙烯反应元件(PERE)上来调节相关基因的表达。EIN3/EILs转录因子家族不同成员在不同物种间时空表达特性、表达调控模式等均有所差异,各成员主要参与调节植物对乙烯的反应,包括影响幼苗的"三重反应"、植株的生长发育等,并作为乙烯与其他信号间交叉点发挥重要作用。就近几年关于高等植物EIN3/EILs转录因子的研究进展进行综述,以期为后续研究提供理论依据。     

乙烯信号传导的研究进展

植物内源激素乙烯作为信号分子通过信号传导途径调节相关基因表达 ,控制植物体的多种生理活动。乙烯信号传导途径中的许多基因已被克隆定性 ,综述了乙烯信号传导途径中的相关基因的功能及乙烯信号传导模式。     

Protein Phosphatases and Signaling Cascades in Higher Plants

Protein kinases and phosphatases play a central role in cellular signaling. Although protein kinases have been widely studied in higher plants, protein phosphatases have been largely neglected until recently. The article focuses on the most recent studies that have placed protein phosphatases in the context of several signal cascades in higher plants. These pathways include stomatal regulation and abscisic acid signal transduction, pathogen and stress responses, and developmental control. Studies clearly have demonstrated that protein phosphatases function not only to counterbalance the protein kinases but also take a leading role in many signaling processes.     

细胞分裂素信号转导研究进展

对应用突变体研究细胞分裂素信号转导、细胞分裂素受体以及参与细胞分裂素信号转导相关的蛋白质作了简要介绍 ;并且对细胞分裂素信号途径进行了推测 :细胞分裂素被受体 (CKI1、IBC6或者GCR1 )接受后 ,经传导系统转化形成特定的信息 ,一方面可能调节基因的表达 ,从而可能调节受体水平 ,导致细胞对细胞分裂素浓度应答范围发生改变 ,另外 ,基因表达使细胞产生相关的生理反应 ;另一方面形成的特定信息可能激活MAPK级联途径 (mitogen_activatedproteinkinasecascade) ,导致细胞产生相关的生理反应。     

植物蓝光反应突变体分子生物学研究

植物具备一套复杂的由3种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统,通过感受光照强度、光的方向和光周期,调节自身对蓝光的应答.本文综述了植物蓝光反应突变体分子生物学研究进展,探讨蓝光受体及信号转导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物作出反应的分子机制.     

Ethylene Receptors: Ethylene Perception and Signal Transduction

Ethylene is sensed by a family of receptors that can be divided into two subfamilies based on phylogenetic analysis and some shared structural features. In this review we focus on the mechanistic aspects of how the receptors function in plants to transduce the ethylene signal. Recent work has led to new insights into how ethylene binds to the receptors and how this binding may induce a conformational change to regulate signaling. Additional studies point to several possible mechanisms for signal output by the receptors, which may involve changes in enzymatic activity and/or conformational changes. Other studies indicate the importance of interactions, both physical and genetic, between the receptors and early components of the signaling pathway, in particular, the Raf-like kinase CTR1, which functions as an integral component of the ethylene receptor signaling complex. The current model for signaling in Arabidopsis supports differing contributions from the receptors, with subfamily-1 receptors playing a more significant role than the subfamily-2 receptors in transmitting the ethylene signal.     

A Genome-Wide Compilation of the Two-Component Systems in Lotus japonicus

The two-component systems (TCS), or histidine-to-aspartate phosphorelays, are evolutionarily conserved common signal transduction mechanisms that are implicated in a wide variety of cellular responses to environmental stimuli in both prokaryotes and eukaryotes including plants. Among higher plants, legumes including Lotus japonicus have a unique ability to engage in beneficial symbiosis with nitrogen-fixing bacteria. We previously presented a genome-wide compiled list of TCS-associated components of Mesorhizobium loti, which is a symbiont specific to L. japonicus (Hagiwara et al. 2004, DNA Res., 11, 57–65). To gain both general and specific insights into TCS of this currently attractive model legume, here we compiled TCS-associated components as many as possible from a genome-wide viewpoint by taking advantage that the efforts of whole genome sequencing of L. japonicus are almost at final stage. In the current database (http://www.kazusa.or.jp/lotus/index.html), it was found that L. japonicus has, at least, 14 genes each encoding a histidine kinase, 7 histidine-containing phosphotransmitter-related genes, 7 type-A response regulator (RR)-related genes, 11 type-B RR-related genes, and also 5 circadian clock-associated pseudo-RR genes. These results suggested that most of the L. japonicus TCS-associated genes have already been uncovered in this genome-wide analysis, if not all. Here, characteristics of these TCS-associated components of L. japonicus were inspected, one by one, in comparison with those of Arabidopsis thaliana. In addition, some critical experiments were also done to gain further insights into the functions of L. japonicus TCS-associated genes with special reference to cytokinin-mediated signal transduction and circadian clock.