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.     

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。     

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。     

棉花类结瘤素MtN21基因家族生物信息学分析

结瘤素基因主要参与豆科植物根瘤的形成。非结瘤植物中也存在类结瘤素基因, 主要调控植物的生长发育。MtN21 (Medicago truncatula NODULIN 21)基因家族属于类结瘤素基因家族, 仅少数成员已被鉴定。以拟南芥(Arabidopsis thaliana) MtN21家族为参考, 对棉花(Gossypium hirsutum) MtN21基因家族进行了生物信息学分析, 发现棉花与拟南芥的 MtN21基因同源性较高, 有共同的跨膜结构域EamA和PLN00411; 棉花中仅含PLN00411结构域的MtN21蛋白等电点低于含EamA结构域的蛋白; 亚细胞定位主要在质膜、液泡膜和叶绿体, 少数在细胞核; MtN21蛋白具有膜内侧的磷酸化位点。研究结果表明, 棉花MtN21为跨膜蛋白, 具有转运活性, 可能在棉花生长发育和病原体免疫方面发挥一定的作用。     

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SWEET基因家族结构、功能及调控研究进展

SWEET(sugars will eventually be exported transporter)基因家族是一类新型的糖转运蛋白,可顺浓度梯度对糖分进行双向跨膜运输。SWEET在植物光合同化物韧皮部装载、蜜腺花蜜分泌、种子灌浆、花粉发育、病原菌互作、逆境调控等过程中起着关键作用,近年来受到广泛关注。尽管SWEET广泛存在于植物中,但目前对其功能研究主要集中在水稻和拟南芥上。介绍了SWEET基因家族的发现、蛋白结构特征、生理功能及逆境调控的最新研究进展,有助于将来对SWEET基因家族进行更深入和全面的研究。     

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。     

YidC/Oxa/Alb3蛋白家族

YidC/Oxa/Alb3蛋白家族是进化上保守的蛋白质转运酶,分别负责将一些与能量合成有关的膜蛋白转运到细菌内膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜。它们具有保守的跨膜结构域,广泛存在于三界生物中。本文主要综述近年来对YidC/Oxa/Alb3家族成员的分布、结构、功能及进化的研究进展。     

VIGS技术鉴定木薯糖转运蛋白Mesweet18的功能研究

糖转运蛋白（sugar will eventually be exported transporter,SWEET）在植物运输糖类、生殖和发育、逆境性、与病原体互作等方面发挥着重要作用。选择木薯糖转运蛋白Mesweet18基因沉默的靶基因区域,通过病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术注射木薯SC9的盆栽苗叶片。qRT-PCR结果表明,Mesweet18在沉默植株中的表达量显著下调,分别是对照的46.80%、30.23%、21.12%。叶片叶绿素和可溶性糖含量检测结果表明,与对照相比,叶绿素a、b和总含量均出现不同程度的下降,蔗糖和果糖含量显著增加,而葡萄糖含量出现轻微下降。研究Mesweet18在木薯中的分子功能,为深入研究糖转运蛋白SWEET在木薯中的分子机制奠定了基础。     

高粱高亲和硝酸盐转运蛋白NRT2/3基因家族鉴定、表达与DNA变异分析

硝态氮是作物吸收无机氮素的主要形态,硝酸盐转运蛋白2(nitrate transporter 2,NRT2)作为高亲和性的转运蛋白,以硝酸盐作为特异性底物,在可利用的硝酸盐受限时,高亲和性转运系统被激活,在硝酸盐吸收、转运过程中发挥着重要作用。大多数NRT2不能单独转运硝酸盐,需在硝酸盐同化相关蛋白2(nitrate assimilation related protein 2,NAR2)的协助下才能完成硝酸盐的吸收或转运。作物氮利用效率受环境条件影响,品种间存在差异,因此培育高氮素利用效率品种有重大意义。高粱(Sorghum bicolor)具有耐贫瘠特性,对土壤中的氮素吸收和利用效率较高。本研究结合高粱基因组数据库对NRT2/3基因家族成员基因结构、染色体定位、理化性质、二级结构与跨膜结构域、信号肽与亚细胞定位、启动子区顺式作用元件、系统进化、单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)的识别与注释及选择压力进行了全面分析。通过生物信息学分析,筛选出5个NRT2s(命名为SbNRT2-1a、2-1b、SbNRT2-2–4)基因和2个NAR2s(SbNRT3-1–2)基因,较谷子略少。分布在3条染色体上,分为4个亚家族,同一亚族中基因结构高度相似;高粱NRT2/3亲水性平均值均为正值,表明均为疏水性蛋白;α-螺旋和无规则卷曲占二级结构总量的比例大于70%;亚细胞定位均在质膜上,其中NRT2s蛋白不含信号肽,NRT3s蛋白含信号肽;进一步对其跨膜结构域进行分析,发现NRT2s家族成员跨膜结构域个数均大于10个,而NRT3s家族成员跨膜结构域个数为2个;高粱与玉米(Zea mays)NRT2/3s的共线性较好;蛋白结构域显示存在MFS_1和NAR2蛋白结构域,可执行高亲和力硝酸盐转运;系统进化树分析可知,高粱与玉米和谷子的NRT2/3基因亲缘关系更近;基因启动子顺式作用元件分析发现,SbNRT2/3基因的启动子区均具有数个植物激素和逆境应答元件,可以响应高粱生长和环境变化;基因表达热图显示低氮条件下在根诱导表达的是SbNRT2-1a、SbNRT2-1b和SbNRT3-1,推测可在高粱根部表达并调控对硝酸盐的吸收或转运过程。在SbNRT2-4和SbNRT2-1a等发现多个非同义SNP变异;选择压力分析表明,高粱NRT2/3基因家族在进化过程中受纯化选择作用。SbNRT2/3基因表达及蚜虫侵染影响与基因在不同组织中的表达分析结果一致,SbNRT2-1b和SbNRT3-1在感染蚜虫品系5-27sug根部表达显著,高粱蚜虫侵染叶片显著降低了SbNRT2-3、SbNRT2-4和SbNRT3-2的表达水平。本研究初步对高粱全基因组NRT2/3基因家族进行鉴定、表达与DNA变异分析,为高粱氮高效研究提供了基础。     

金属转运蛋白SLC39A14的生理功能及作用机制研究进展

溶质载体家族39 (solute carrier family 39, SLC39; Zrt-and Irt-like proteins, ZIPs)作为金属离子转运蛋白家族共包括14个成员,均具有8个跨膜结构域。近年来,国内外研究者围绕SLC39A14 (又称ZIP14)的离子转运及生理功能开展了深入研究,提示SLC39A14具有转运Mn~(2+)、Fe~(2+)或Zn~(2+)等二价金属离子的功能,并通过转运Fe~(2+)而参与细胞铁死亡的发生。携带SLC39A14基因纯合突变的患者表现为锰离子蓄积及年轻型帕金森样体征。此外,有研究报道SLC39A14在肝脏疾病、胰岛素代谢、脂代谢及肌肉疾病中发挥关键作用,为丰富微量元素代谢调控网络及疾病防控提供了重要理论依据。然而,Slc39a14全身敲除与组织特异性敲除小鼠之间的表型不尽相同,因此其在不同组织中的金属离子转运功能及机制尚待深入研究。该文系统综述了SLC39A14在金属离子转运、代谢紊乱疾病和分子调控机制等方面的研究进展,并就未来研究方向进行了展望和讨论。     

水稻蔗糖转运载体蛋白(OsSUT2)非跨膜区域特征性序列的融合表达及其抗体制备

植物光合作用产生的蔗糖是植物生长发育的主要碳源物质,还是诱导植物生长发育过程中诸多相关基因表达的特异信号分子[1].蔗糖分子在植物器官及组织间的生理分配维持着整个植物体的正常生长发育[2].植物蔗糖转运载体(sucrosetransporter,SUT)是一类担负着蔗糖分子在细胞间的转运及信号转导的功能性蛋白家族,它在蔗糖的韧皮部装载、沿韧皮部的再吸收、韧皮部卸载和向库器官的转运等跨膜运输以及蔗糖特异信号感应过程中发挥着重要的生理功能[3～5].植物蔗糖转运载体蛋白分布于植物细胞质膜上,该转运载体蛋白含有12个疏水性跨膜结构域,在其氨…     

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。     

长叶红砂液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特性

为研究长叶红砂(Reaumuria trigyna)离子转运分子机制,利用RT-PCR和RACE技术,克隆到其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(NHX1)的全长cDNA片段,命名为RtNHX1(NCBI序列号为KR919802)。结果表明:RtNHX1的cDNA片段全长2 622bp,开放阅读框1 662bp,5′非编码区509bp,3′非编码区451bp,编码553个氨基酸,推测分子量为60.91kD。该蛋白含有12个跨膜结构域,为疏水蛋白,与其他植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白NHX1的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR对其在NaCl胁迫下的表达检测显示,不同时间和不同浓度NaCl胁迫下,RtNHX1表达量变化均呈先升高后降低趋势,在100mmol/L NaCl胁迫6h和200mmol/L NaCl胁迫后达到最高,表达量分别超过或约是对照的3倍,一定程度反应出RtNHX1参与长叶红砂的盐胁迫应答,是该植物离子转运体系的重要元件。     

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。     

植物翻译控制肿瘤蛋白的分子结构特征与功能预测分析

翻译控制肿瘤蛋白(The translationally controlled tumor protein,TCTP)是一类广泛存在于动物、植物及酵母中的,在进化上高度保守、与其它任何蛋白家族均未显示出明显的序列同源性的蛋白.采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的拟南芥(Arabidopsis thaliana)、牵牛(Ipomoea nil)、草莓(Fragaria x ananassa)、橡胶树(Heveabrasiliensis)、南瓜(Cucurbita maxima)、卷心菜(Brassica oleracea)的翻译控制肿瘤蛋白的核苷酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质的二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和分析.结果 表明,该基因的全长包括5'、3'非翻译区和一个开放读码框,其编码的蛋白是一个无跨膜结构域,不具转运肽的亲水性蛋白,包括一个β-折叠核心区和一个主要的α-螺旋区,不规则卷曲散布于整个蛋白质中,具有TCTP-1和TCTP-2两个特征结构域.     

苋菜IRT1基因克隆、序列及表达分析

通过对镉超积累苋菜品种天星米铁转运蛋白基因( IRT1)的克隆、序列及表达分析,旨在为植物修复镉污染土壤奠定基础.依据同源克隆原理,通过RACE技术克隆苋菜IRT1基因及生物信息学方法分析基因序列结构和功能,Northern杂交研究基因表达.苋菜IRT1基因cDNA全长1135 bp,包含完整的阅读框,编码322个氨基酸.苋菜IRT1蛋白与已知铁转运蛋白相似性在53.70％-63.04％,具有铁转运蛋白典型的功能结构特征,即N端含有1个信号肽、氨基酸序列上具有完整的ZIP家族功能结构域( Pfam:Zip)和7个跨膜结构域(TMs).苋菜IRT1蛋白还具有1个COG0428超级家族(转运二价金属离子功能)、2个蛋白激酶C磷酸化位点和2个酪蛋白Ⅱ磷酸化位点.低铁胁迫时苋菜根中IRT1基因表达量增加,加镉处理没有改变IRT1基因表达量.因此,推断苋菜IRT1基因是ZIP家族的一员,具有转运二价金属离子功能,将基因在GenBank中注册,序列号为:GU363501,命名为AmIRT1.     

马铃薯糖转运蛋白基因的克隆及表达分析

植物SWEET基因家族是一类糖转运蛋白,在植物的生理活动和生长发育过程中发挥着重要功能。为了解马铃薯SWEET基因的相关信息,探究其在马铃薯不同组织以及在生物胁迫与非生物胁迫下的表达特性。该研究采用同源克隆技术从马铃薯‘青薯9号’中克隆了StSWEET5基因(GenBank登录号为MN295671),其CDS序列长度为717 bp,编码238个氨基酸。系统进化树分析结果表明,StSWEET5与番茄的氨基酸序列相似性最高(97.06%)。qRT-PCR分析表明:StSWEET5基因在马铃薯各组织(根、茎、叶、花、块茎、匍匐茎)中均有表达,且在花中的表达显著高于其他组织;糖胁迫下,StSWEET5基因在根、茎、叶中均有表达,尤其在根中的表达差异最为显著(P0.05)。在晚疫病菌(Phytophthora infestans)诱导后36 h时,表达量达到最高,随后急剧下调。推测StSWEET5基因参与了马铃薯糖胁迫以及响应了晚疫病诱导的过程。     

甘蔗几丁质酶基因的电子克隆与生物信息学分析

用电子克隆方法获得甘蔗几丁质酶基因SCCHI1,采用生物信息学方法,对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、疏水性/亲水性、亚细胞定位、高级结构及功能域等方面进行了预测和分析。结果表明:SCCHI1基因全长1236bp,包含一个完整的990bp的ORF,编码329个氨基酸。SCCHI1基因属于糖苷水解酶19家族,含有N-端信号肽、交连区、催化区,与高粱等其它植物的几丁质酶基因具有高度的相似性。为SCCHI1基因的分子克隆、功能鉴定和应用提供参考。     

植物中铵转运蛋白的研究进展

铵转运蛋白在众多生物中被克隆与鉴定,它是一种广泛存在于微生物、植物细胞及动物的细胞膜上主动转运铵离子的载体,分子量约为48kD,含有10～11个跨膜域.本文阐述了植物铵转运蛋白分离鉴定的过程,对于铵转运蛋白的结构、功能、基因表达调控等方面作了较详细叙述.不同氮素条件下,铵转运蛋白基因通过转录调控表现了对铵离子吸收转运的不同特点,使植物根系在较宽的浓度范围中吸收铵离子,为细胞内铵离子库的内稳态提供了理论依据.铵转运蛋白有助于作物更有效的吸收氮素,为农业生产粮食增收提供了有利保障.