液泡加工酶: 植物中具有胱天蛋白酶功能的蛋白酶

植物的液泡加工酶(VPE)是一类存在于液泡中的半胱氨酸蛋白酶家族,最近被发现与动物细胞的胱天蛋白酶(caspase)在调控细胞的PCD(细胞程序性死亡)方面具有相似性。文章综述了VPE调控植物细胞程序性死亡的研究进展,从结构、功能和作用机制方面讨论了液泡加工酶与胱天蛋白酶的相似性。     

植物天冬氨酸蛋白酶的结构与功能

天冬氨酸蛋白酶是主要的蛋白水解酶之一,广泛存在于细菌、真菌、动物和植物中。近年来,对植物天冬氨酸蛋白酶的结构及功能研究有了一些进展。本文简要总结了植物天冬氨酸蛋白酶的结构,典型的植物天冬氨酸蛋白酶的加工产生成熟过程,植物天冬氨酸蛋白酶在植物生物胁迫、非生物胁迫、种子萌发、有性生殖过程及植物衰老等方面的功能。     

植物天冬氨酸蛋白酶的功能研究进展

天冬氨酸蛋白酶(aspartic proteases,APs)是一类重要的蛋白水解酶,广泛分布于哺乳动物、植物、细菌和病毒中。近年来,越来越多的植物天冬氨酸蛋白酶相继被发现,有关天冬氨酸蛋白酶在植物生长发育中的作用的研究获得了新进展。现就植物天冬氨酸蛋白酶的结构和功能的研究进行总结,并对相关领域今后的研究方向提出展望。     

植物天冬氨酸蛋白酶的研究进展

天冬氨酸蛋白酶是四大类蛋白水解酶之一,广泛存在于多种生物中,参与了很多重要的生理过程。相对于其他生物而言,对植物天冬氨酸蛋白酶的研究相对滞后。自20世纪末以来,这一领域的工作取得了重大进展。经典的植物天冬氨酸蛋白酶除了具有保守的蛋白酶结构域外还有一段植物特有的插入片段;在动植物分离之后,植物天冬氨酸蛋白酶基因家族进行了大规模的扩增;该类蛋白酶在植物的整个生长发育过程中发挥重要的功能,尤其是胁迫反应、有性生殖、衰老和程序性死亡以及蛋白质的加工和降解。对近些年植物天冬氨酸蛋白酶的研究进展进行综述,并对其未来的发展进行展望。     

液泡信号通路依赖的细胞程序性死亡研究进展

液泡是植物细胞专一性器官之一,具有多种功能,参与细胞内环境调节和细胞解毒等过程。研究表明,液泡在植物细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）中具有重要作用。在液泡介导的PCD过程中,液泡加工酶（vacuolar processing enzyme,VPE）的调控和激活是PCD的关键环节。着眼于液泡信号通路依赖的PCD,对相关细胞事件和分子调控机制进行了讨论,并对未来的研究方向作了展望,以期能推进PCD机制解明。     

液泡膜苹果酸转运蛋白研究进展

液泡是植物细胞贮藏苹果酸重要的细胞器.苹果酸是三羧酸酸循环和乙醛酸循环的中介,是维持细胞渗透压与电荷平衡的关键代谢物,还参与调节植物气孔大小,故苹果酸在植物的生命活动中起着重要作用.液泡膜苹果酸转运蛋白直接或间接控制苹果酸进出液泡,介导液泡与细胞质问苹果酸的运输.液泡膜苹果酸转运蛋白属于钠连接的羧酸盐载体家族,本文重点介绍植物液泡膜苹果酸转运蛋白的性质和功能及其与植物细胞pH值动态平衡之间关系的研究进展.     

植物液泡膜水通道蛋白的结构、分布和功能研究进展

植物液泡膜水通道蛋白(tonoplast intrinsic proteins, TIPs)是植物体内水分子和一些小分子溶质跨液泡膜运输的通道。TIPs介导胞内或胞间的水分跨膜运输,在维持植物细胞的水分平衡过程中起着至关重要的作用。由于TIPs特异的定位在液泡膜上,长久以来一直被用作不同植物物种和组织中液泡识别的标记物。本综述介绍了液泡膜水通道蛋白的发现、结构、分类以及亚细胞和组织定位、基因表达和蛋白功能等方面的研究进展,初步探讨了植物液泡膜水通道蛋白研究中存在的问题及今后的研究热点,希望能为相关的科研人员在研究液泡膜定位的水通道蛋白中提供帮助。     

葡萄抗白粉病相关基因γVPE的克隆与表达分析

该研究采用RT-PCR技术,从抗病的中国野生华东葡萄‘白河-35-1’和感病的欧洲葡萄‘佳丽酿’中克隆了液泡加工酶基因(γVPE),分别命名为VpγVPE和VvCγVPE。克隆的2个γVPE基因cDNA长度均为1 624bp,ORF为1 482bp,编码493个氨基酸。氨基酸多序列对比分析发现,‘白河-35-1’、‘佳丽酿’、‘无核白’和‘黑比诺’葡萄中的γVPE基因底物结合口袋域的3个关键氨基酸之一的丝氨酸(Ser395)均变为丙氨酸(Ala),与其他植物的VPE基因底物口袋结合域有所不同。实时荧光定量PCR表明,在白粉菌诱导后的不同时期内,γVPE基因在感病葡萄和抗病葡萄中的表达模式不同,抗病株系中VpγVPE基因的表达量在诱导后的前期(4h和48h)和后期(168h)均有所增加,而感病株系中VvCγVPE基因在诱导后4h表达量最高,随后降低。γVPE基因在白粉菌诱导后不同时期内表达量的变化,表明γVPE基因在一定程度上与葡萄的抗性相关。研究结果为进一步揭示γVPE基因在抗病过程中的分子机理奠定了基础。     

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物耐盐性关系

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物的耐盐性有密切的关系。在高等植物体内,主要存在两种Na+/H+ 逆向转运蛋白,分别为位于细胞质膜上的逆向转运蛋白SOS1,以及存在于液泡膜上的AtNHX1。质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责Na+ 的外排,液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责把Na+ 区隔化入液泡。过量表达质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白SOS1或液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白AtNHX1能够明显提高植物的耐盐性。本文对植物中Na+/H+ 逆向转运蛋白及其与植物耐盐性之间的关系研究最新进展作一概述。     

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na 的外排、减少Na 的吸入和Na 的区隔化,而Na 的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K /Na 离子转运蛋白,Na /H 逆向转运蛋白以及液泡膜H -PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。     

液泡膜转运蛋白在植物细胞代谢中的作用

液泡是植物细胞的一个多功能细胞器,其主要通过膜运输系统执行功能。液泡膜转运蛋白可以控制细胞内物质的储存和运输,参与细胞内的应答胁迫反应,隔离毒性离子,防止细胞质受害,调节Ca^2＋浓度和pH,维持细胞内环境的稳定。本文主要对液泡膜转运蛋白在营养储存、逆境胁迫、细胞内环境稳态中发挥的作用进行综述,以期为进一步阐释液泡复杂生理功能提供一些借鉴。     

植物Na+/H+反向转运蛋白的研究进展

盐胁迫是限制植物生长发育的主要因素之一,植物Na+/H+反向转运蛋白可通过将Na+逆向转运出细胞外或将Na+区隔化于液泡中来抵制环境中过高的Na+浓度.植物中Na+/H+反向转运蛋白存在于细胞质膜和液泡膜上,现在已得到多种编码这些Na+/H+反向转运蛋白的基因,对其结构功能特性进行了大量研究,并发现将这些基因转入非抗盐植物中过量表达可提高转基因植物的抗盐性.概述了Na+/H+反向转运蛋白及其编码基因的最新研究进展.     

植物液泡膜阳离子/H+反向转运蛋白结构和功能研究进展

阳离子转运蛋白在调节细胞质阳离子浓度过程中发挥关键作用。液泡是一个储存多种离子的重要细胞器,阳离子 (Ca2+)/H+反向转运蛋白CAXs定位在液泡膜上,主要参与Ca2+向液泡的转运,也参与其他阳离子的转运。近年来,植物中分离鉴定了多个CAX基因,植物CAXs主要有4个功能域：NRR通过自抑制机制调节Ca2+转运活性,CaD和C功能域分别赋予CAXs的Ca2+和Mn2+专一性转运活性,D功能域可调节细胞质pH。拟南芥AtCAXs参与植物的生长发育和胁迫适应过程,AtCAX3主要在盐胁迫下转运Ca2+,At     

Na+/H+逆向转运蛋白和植物耐盐性

Na^ /H^ 逆向转运蛋白对植物耐盐起着重要作用,它利用质膜H^ -ATPase或液泡膜H^ -ATPase及PPiase泵H^ 产生的驱动力把Na^ 排出细胞或在液泡中区隔化以消除Na^ 的毒害。主要讨论植物中Na^ /H^ 逆向转运蛋白研究在分子水平的最新进展。     

慈菇蛋白酶抑制剂研究进展

蛋白酶抑制剂是一类能够抑制蛋白水解酶活性的物质。根据它们抑制的蛋白酶类型可分为丝氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、和金属蛋白酶抑制剂[1] 。由于它们能抑制昆虫肠道内以及一些病原微生物体内的蛋白酶[2～ 6 ] ,因此蛋白酶抑制剂在植物对昆虫和病原体的侵染防御系统中具有重要的作用。慈菇蛋白酶抑制剂Ａ、Ｂ是从慈菇球茎中分离纯化的双头多功能蛋白酶抑制剂 ,除了具备其他蛋白酶抑制剂在抗虫抗病方面的特点外 ,还有很多独特的优点。如 ,含量丰富、比活力高而且稳定 ;广谱性强 ;对胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、激肽释放酶等多种蛋白酶有较强的抑…     

液泡的细胞学和生理学

液泡是很多植物细胞的显著特征和重要组成部分。在所有的重要陆生植物成熟细胞和许多真菌、藻类(原核细胞除外)中都有液泡,但幼年植物的分生组织细胞和动物细胞都无液泡。在成熟的植物细胞中,液泡可占据细胞体积的90％。     

拟南芥愈伤组织细胞类58K蛋白定位及多泡体的分泌途径

通常认为多泡体是原生质体和胞饮作用中的一种特殊的细胞结构, 是由细胞质膜的内陷所起源. 然而多泡体的起源、功能及其分泌途径以及与高尔基体和细胞壁的关系等问题一直存有争论. 本文应用动物细胞的58K蛋白的单克隆抗体、免疫印记、激光共聚焦显微技术在拟南芥和贯叶连翘愈伤组织中成功定位了类58K蛋白. 免疫电子显微镜的观察结果显示, 类58K蛋白存在于拟南芥愈伤组织细胞的高尔基体库槽、分泌泡、多泡体、细胞壁和液泡中. 由此我们认为多泡体与细胞壁和液泡发育的关系十分密切, 它起源于高尔基体并以分泌泡的形式将高尔基体所合成的物质运送至细胞壁和液泡. 所以多泡体的分泌途径可能是运送高尔基体合成的物质到细胞壁, 属于胞吐形式; 也有可能是运送相关物质到液泡中参与液泡的发育, 属于胞饮形式. 这主要取决于多泡体所运送物质的种类以及它将这些物质运往何处. 因此多泡体的分泌途径很可能有多种形式. 研究结果也显示应用动物细胞58K蛋白抗体可以定位植物细胞中的类58K蛋白, 说明植物细胞中存在与动物细胞相类似的蛋白.     

拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白的研究进展

拟南芥液泡膜Na /H 逆向转运蛋白是由AtNHX1基因编码的一个在盐胁迫中起重要作用的蛋白。本文综述了AtNHX1的基本结构、功能及作用机制,展望其作为有效植物耐盐基因的前景,并对拟南芥液泡膜Na /H 逆向转运蛋白基因家族其他成员的研究,也做了相应的概括。     

盐地碱蓬叶片液泡膜H^＋—ATPase B亚基的克隆及盐胁迫下表达分析

植物液泡膜H^ -ATPase在建立跨液泡膜质子梯度、促进液泡Na^ 区域化、提高植物耐盐性方面发挥着重要作用。本实验从盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)cDNA文库分离到碱蓬叶片液泡膜H^ -ATPase B亚基cDNA克隆。测序表明该基因长达1974bp,开放阅读框有1470bp编码489个氨基酸,含有一个保守的ATP结合位点,其蛋白分子量约为54．29kD。Northern及Western印迹表明盐地碱蓬液泡膜H^ -ATPase B亚基表达明显受NaCl胁迫诱导,并且在NaCl胁迫下,B亚基在转录及翻译水平上与液泡膜H^ -ATPase c亚基存在协同作用。盐胁迫下,盐地碱蓬液泡H^ -ATPase B亚基与c亚基的协同表达增加了液泡H^ -ATPase的数量,从而提高了液泡H^ -ATPase活性,为碱蓬叶片液泡Na^ 区域化提供了动力,最终提高了碱蓬植株的耐盐性。     

植物内膜系统细胞器生物发生及功能的分子机制研究

所有真核细胞都含有一套由多种细胞器组成的内膜系统,包括内质网(endoplasmic reticulum, ER)、高尔基体(Golgi)、反式高尔基体网络(trans-Golgi network, TGN)、液泡前体/多囊泡体(prevacuolar compartment or multivesicular body, PVC/MVB)和液泡(vacuole)或溶酶体(lysosome).这些细胞器在有序调控下被准确和高效地生成,参与细胞内物质运输,在生物个体的生长发育和对环境应答中发挥着重要作用.自2000年以来,我国学者在植物内膜系统细胞器的生物发生及功能方向开展了深入研究并取得了重大进展.本文首先概述了我国学者在植物蛋白运输领域中的代表性研究成果.随后以液泡前体/多囊泡体为例,重点介绍了其鉴定及由其介导的植物液泡蛋白转运,接着详细阐述了由内体蛋白分选转运装置(endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT)介导的多囊泡体生物发生的分子机制,并着重介绍了植物特异的ESCRT组分FREE1蛋白在其中的作用.此外,近年来我国学者采用前沿的全细胞电子断层扫描技术,首次对植物根细胞内膜系统进行了精细的三维结构分析并提出了一种新型的由多囊泡体成熟转变成液泡的模型,为进一步研究液泡形成的分子调控机制提供了依据.最后,本文对当前植物细胞器(包括多囊泡体和液泡)的生物发生和功能的研究进行了总结,并对此领域研究的发展前景做出了展望.