水稻锌铁转运蛋白ZIP基因家族研究进展

锌(zinc, Zn)和铁(iron, Fe)是水稻(Oryza sativa L.)生长必需的矿质元素,也是人体必需的微量元素。水稻体内Zn、Fe含量维持在适宜水平有利于提高其产量和品质,提高稻米中Zn、Fe含量能够在一定程度上解决人体Zn、Fe营养缺乏的问题。因此,研究水稻中Zn和Fe等微量元素转运蛋白的具体功能对于提高水稻产量和稻米品质具有重要意义。锌铁转运蛋白(zinc-regulated transporters and iron-regulated transporter-like protein, ZIP)负责Zn和Fe等离子的吸收、转运和分配,是维持水稻中Zn和Fe平衡的重要转运蛋白,其表达水平受Zn和Fe水平影响。ZIP基因家族在自然群体中具有丰富的等位变异,而且某些单倍型存在明显的籼粳分化,这可能造成了不同品种间籼、粳稻中Zn和Fe积累的差异。目前,已有大量关于ZIP基因家族的研究,但只有OsZIP3的作用机制研究的较为清楚。另外,对Zn、Fe在籽粒中的积累机制研究和自然群体中ZIP基因的等位变异研究还不够深入。因此,ZIP转运蛋白家族仍存在较大的研究空间。本文详细介绍了ZIP转运蛋白在水稻体内的亚细胞定位、表达模式、转运机制以及在自然群体中的等位变异等,以期为研究水稻稻米微量元素的积累提供理论基础,为提高稻米品质提供借鉴。     

植物YSL家族基因研究进展

黄色条纹蛋白(Yellow stripe-like protein,YSL)是广泛存在于植物中的重金属吸收、转运蛋白,主要参与植物Fe~(3+)的吸收及对Fe~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)和Mn~(2+)等金属离子的转运。目前,对于黄色条纹蛋白在植物体内的表达模式,亚细胞定位以及突变体等方面的研究揭示了其在植物生长发育过程中的作用。综述了近年来关于YSL基因在植物中的研究进展,旨为研究植物吸收铁的作用机理及生物强化谷物籽粒中的铁含量奠定基础。     

植物锌铁转运蛋白ZIP基因家族的研究进展

金属离子对植物的正常发育至关重要,但过量又会中毒.植物体内的自动调节平衡机制会调节金属离子的吸收和运输,从而控制金属离子的含量.锌铁调控蛋白ZIP( ZRT,IRT-like protein)家族是广泛存在于植物中的转运蛋白,具有Ca2+、Fe2+、Mn2+及Zn2+等多种金属元素的转运功能.了解ZIP转运体在植物中如何发挥离子转运功能,从分子水平认识金属离子缺乏或过量积累的机理有重要意义.综述拟南芥、水稻、大麦、苜蓿和玉米ZIP家族成员及其研究进展.     

植物铜转运蛋白的结构和功能

铜(Cu)是植物必需的微量营养元素, 参与植物生长发育过程中的许多生理生化反应。Cu缺乏或过量都会影响植物的正常新陈代谢过程。因此, 植物需要一系列Cu转运蛋白协同作用以保持体内Cu离子的稳态平衡。通常, Cu转运蛋白可分为两类, 即吸收型Cu转运蛋白(如COPT、ZIP和YSL蛋白家族)和排出型Cu转运蛋白(如HMA蛋白家族), 主要负责Cu离子的跨膜转运及调节Cu离子的吸收和排出。然而, 最近有研究表明, 有些Cu伴侣蛋白家族可能是从Cu转运蛋白家族进化而来, 且它们在维持植物细胞Cu离子稳态平衡中也具重要功能。该文对Cu转运蛋白和Cu伴侣蛋白的表达、结构、定位及功能等研究进展进行综述。     

与植物镉吸收转运相关的主要基因家族

镉(cadmium)是一种对植物毒性极强的非必需微量元素,影响植物生长发育,甚至死亡,并可在植物体内积累而威胁食物链顶端生物的生命健康。目前已发现有多类基因家族的成员参与了植物中镉的吸收转运过程,包括P型ATP酶、ABC、MATE、NRAMP、CE、CAX、ZIP、OPT等。这些基因家族主要是在吸收转运铁、锌、镁等植物必需微量元素的同时,也具有吸收转运镉等有毒重金属的功能。     

植物重金属超富集机理研究进展

植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族主要包括CDF家族、NRAMP家族和ZIP家族等,在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。综述了近年来研究重金属超富集植物吸收、转运和贮存Zn、Ni、Cd等重金属的生理和分子机制所取得的主要进展。     

紫云英丛枝菌根共生锌转运蛋白基因AsZIP2的克隆与表达调控

土壤中锌的缺乏已成为农业中普遍存在的问题,会导致粮食的减产减质。ZIP家族蛋白质对农作物吸收Zn与Fe起着关键作用。本研究利用RACE技术从豆科植物紫云英中分离到一个全长的ZIP家族Zn转运基因,命名为AsZIP2;利用热不对称交错PCR与反向PCR方法获取了AsZIP2基因上游长度为1.6 kb的启动子序列。生物信息学分析表明AsZIP2基因编码339个氨基酸;预测的AsZIP2蛋白质含有保守的ZIP结构域并由9个跨膜结构域构成;序列比对与系统进化分析表明AsZIP2与蒺藜苜蓿及日本百脉根的Zn转运蛋白ZIP2的亲缘关系密切。利用RT-PCR与定量PCR方法检测紫云英AsZIP2基因在丛枝菌根中的表达,结果显示AM真菌的侵染强烈地抑制AsZIP2的表达。与已知的Mt ZIP2基因一致,施加Zn会诱导AsZIP2的表达。有趣地是,在低磷条件下,AsZIP2在根中的表达显著地增强。研究结果表明,AM真菌,Zn或Pi水平均影响Zn转运基因AsZIP2在根中的表达水平。对AsZIP2基因在分子特征与表达谱方面的初步研究将有利于进一步功能性鉴定该基因参与植物生长和发育。     

锌转运蛋白基因研究进展

锌作为一种重要的微量元素参与了植物体内广泛的生理和生化过程,本文详细介绍了涉及Zn^2＋吸收转运的ZIP基因家族（ZRT／IRT相关蛋白）和CDF（Cation　diffusion　facilitator）家族。ZIP家族转运蛋白主要负责将Zn^2＋等二价阳离子跨膜转运进细胞内,以完成细胞内多种生理生化反应。CDF家族转运蛋白主要负责将过量Zn^2＋运出细胞,或者将细胞内过量Zn^2＋进行区室化隔离,降低Zn^2＋对细胞的危害作用。ZIP家族转运蛋白和CDF家族转运蛋白的相互协调使得Zn^2＋在细胞和有机体水平上维持着稳态,进而为细胞内各种生理生化反应的进行供一种保障机制。     

植物ZIP基因家族铁载体蛋白基因研究进展

主要概述了植物ZIP基因家族铁载体蛋白基因研究的最新进展。从结构和功能上介绍了铁载体蛋白基因IRT1、IRT2、LeIRT1、LeIRT2、P5RIT1和O5IRT1。应用Clustal X序列分析软件,对6个铁载体蛋白基因在蛋白质水平上比较后发现,与IRT1基因蛋白质序列有较高的同源性。植物ZIP基因家族铁载体蛋白基因主要受缺铁胁迫条件的诱导,在根部表达。表达的量与环境中的铁含量、时间、温度、光照等因素有关。铁载体蛋白基因在转录和转录后水平上被环境中的铁含量和植物体内的铁营养水平综合调控。转铁载体蛋白基因植物表现出较强的抗缺铁能力,预示其在农业生产上有广阔的应用前景。     

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.     

锌转运蛋白ZIP8 在骨关节炎中的表达及其机制研究

目的:探讨锌转运蛋白ZIP8在骨关节炎患者中的表达及其对软骨细胞生长及基质金属蛋白酶(MMPs)表达的影响。方法:收集20例骨关节炎患者(OA组)和20例非骨关节炎患者(对照组)血清和软骨组织;采用原子吸收分光光度计测定患者血清和软骨组织中锌离子的表达水平;MTT方法检测软骨细胞的生长活力;采用小RNA干扰沉默ZIP8基因的表达;实时荧光定量PCR方法检测ZIP8及金属基质蛋白酶MMP3、MMP9、MMP12和MMP13等基因的m RNA表达水平;蛋白免疫印迹检测ZIP8及MMP3、MMP9、MMP12和MMP13等蛋白的表达水平。结果:OA组的血清和软骨组织中的锌离子浓度明显高于对照组(P0.01)。OA组软骨组织中ZIP8的m RNA(P0.05)和蛋白(P0.01)表达水平显著高于对照组。ZIP8小RNA干扰片段可以有效的沉默ZIP的基因表达(P0.01);沉默ZIP8的表达促进骨关节炎患者来源的软骨细胞的生长(P0.05),并且降低基质金属蛋白酶包括MMP3,MMP9,MMP12和MMP13的表达水平(P0.05)。结论:ZIP8与骨关节炎密切相关,沉默ZIP8的表达可以提高软骨细胞的生长活力,并且抑制基质金属蛋白酶的表达,为骨关节炎的治疗提供了新的靶点。     

发育时期和光诱导对拟南芥AtSUC2基因表达的影响

蔗糖是高等植物中碳水化合物最主要的转运形式,对于植物的生长发育至关重要.植物体内蔗糖的转运主要依赖蔗糖转运蛋白,因此对于蔗糖转运蛋白基因的研究具有重要意义.拟南芥蔗糖转运蛋白AtSUC2在蔗糖装载中起主要作用,通过半定量RT-PCR测定拟南芥叶片不同发育时期和不同光强下AtSUC2基因的表达量,研究拟南芥特定发育阶段和光诱导作用下AtSUC2基因表达的影响.结果表明,在野生型拟南芥叶片中,AtSUC2基因在16 d幼叶、30 d营养期叶片、生殖期叶片中均表达,在16 d幼叶和生殖期叶片中表达强度较弱,在营养生长旺盛时(30 d叶龄)表达较高.同时,植株在暗处理12 h时,AtSUC2基因表达量降低,在强光处理12 h时,AtSUC2基因表达量与对照差异不显著,可能AtSUC2基因的表达受光诱导但与光强无关.     

植物氮素吸收与转运的研究进展

氮素是植物生长发育所必须的基本营养元素,在植物生长发育和形态建成中起着重要作用.土壤中植物所利用的主要氮素形式是铵态氮和硝态氮,在进化过程中植物形成不同的吸收和转运铵态氮和硝态氮的分子机制.该文对植物吸收与转运氮素的生理学特征、分子机制及涉及的相关基因等研究进行概括性综述,为研究水稻中氮素吸收、转运相关基因提供理论基础...     

植物抗旱和耐重金属基因工程研究进展

干旱和重金属污染严重影响植物的生长发育.植物耐逆相关基因的克隆和功能鉴定研究,为通过基因工程途径提高植物的抗逆性奠定了理论基础.水分亏缺、高盐、低温和重金属胁迫都能诱导LEA(late embryogenesis abundant protein)基因的表达.转基因研究表明,LEA蛋白具有抗旱保护作用、离子结合特性以及抗氧化活性;水孔蛋白存在于细胞膜和液泡膜上,在细胞乃至整个植物体水分吸收和运输过程中发挥重要作用.干旱和盐胁迫促进水孔蛋白基因转录物的积累.过量表达水孔蛋白可增强水分吸收和运输,提高植物的抗旱能力.金属转运蛋白参与重金属离子的吸收、运输和累积等过程.这些蛋白基因在改良草坪草植物的抗旱节水和耐重金属能力等方面具有潜在的应用价值.     

植物多药和有毒化合物排出转运蛋白研究进展

植物在生长及适应环境的过程中会吸收很多有益或有害的物质,自身也会产生大量代谢物,植物对这些物质的转运是植物生长发育及适应环境的重要环节,有多种转运蛋白家族参与其中。多药和有毒化合物排出转运蛋白(MATEs)是生物体中重要的转运蛋白家族之一,而植物中MATE基因的丰富程度要远远高于其他生物。根据植物MATEs的蛋白结构,这些基因被分为4个主要的亚家族,即MATE I,MATEⅡ,MATEⅢ和MATE IV。同一亚家族或同一MATE基因簇的基因还具有相同或相似的功能。植物MATEs定位于细胞的各种生物膜上,如细胞质膜、液泡膜、高尔基膜及囊泡膜等。此外,一些MATEs的表达还具有组织特异性,它们转运的底物也具有多样性和特异性,使得MATEs呈现出多种生物学功能。它们在外源性物质的排出、次生代谢产物的转运和累积、铁转运、铝脱毒和植物激素信号传递及植物的抗病性等方面都起着重要作用。该文对MATEs的发现、基因分类、亚细胞定位及生理功能等方面进行了概述,对深入研究该基因家族提供了思路,对该基因家族的应用进行了展望。     

乳腺上皮细胞微量元素转运机制研究进展

新生儿生长发育所需的微量元素主要从母乳中获得,微量元素参与了机体的许多生命活动,如酶的活性、细胞增殖及分化等。乳腺上皮细胞含有多种微量元素转运体系,如锌离子转运体系（Zip／ZnT）、铁离子转运体系（DMTl／FPN）和铜离子转运体系（Ctrl／ATP7）。在分泌乳汁的同时,这些转运蛋白对锌、铁、铜等微量元素的吸收、转运和分泌起着重要的作用。同时这些微量元素的转运及代谢受到多种因素的调控,使母乳中微量元素含量达到动态稳定,以满足新生儿生长发育各阶段对微量元素的需求。对近年来锌、铁、铜三种微量元素在乳腺上皮细胞内转运机制的研究进展进行综述。     

苹果铁结合蛋白基因（＊＊Apf1）的克隆和序列分析

铁结合蛋白是一种广泛存在于动物、植物和微生物中的铁储藏蛋白,是动、植物生长发育使用的储存铁的唯一共同来源.该蛋白在植物体中的主要功能是在种子形成、叶片衰老或环境中铁过量时积累,在种子萌发或质体绿化过程中释放铁,从而调节植物对铁的吸收和释放[1,2].同时,该蛋白也是解决全球动物和人类饮食缺铁有效的方法[3].转基因研究证明大豆铁结合蛋白基因能提高水稻种子中铁结合蛋白的的含量[4].同时在转基因烟草植株后代中由于叶片中积累了铁结合蛋白而对病毒引起的坏死和真菌的感染表现出耐性,对因各种环境胁迫而导致的细胞氧化性损伤有保护作用[5].铁结合蛋白基因是植物体内唯一依赖于铁而进行表达的基因[6].     

高等植物硝酸盐转运蛋白的功能及其调控机制

硝酸盐是植物从土壤中吸收的重要无机氮素形态。植物为适应含有不同浓度NO3-的土壤环境,进化出了高亲和硝酸盐转运系统(HATS)和低亲和硝酸盐转运系统(LATS),两个基因家族NRT1和NRT2家族分别参与了LATS和HATS的NO3-的吸收和转运。近年来,随着分子生物学技术和植物基因组学的快速发展,研究人员克隆出了大量参与硝酸盐吸收和转运的基因,并对这些基因的功能进行了深入研究,逐渐形成了复杂的硝酸盐调控网络。综述了植物中硝酸盐转运蛋白基因的克隆、表达及调控,并对进一步的研究作了展望,这些结果对于理解植物硝酸盐吸收的调控机制具有重要作用。     

植物高亲和钾离子转运蛋白HAK功能研究进展

钾(Potassium,K)是植物生长发育重要的营养元素,素有"抗逆元素"和"品质元素"之称。在低钾环境下植物主要利用高亲和的转运蛋白进行钾离子的吸收和转运,KUP/HAK/KT作为植物体内钾离子高亲和转运蛋白家族中最大,成员最多的家族,在植物高亲和转运钾离子过程中发挥关键作用。系统阐述了植物KUP/HAK/KT家族的基本情况及其分类、高亲和钾离子转运蛋白HAK的系统发育分析、HAK转运蛋白在提高植物钾吸收,影响植物生长发育,增强植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫能力等方面的功能研究,最后展望了钾离子转运蛋白HAK后续有待解决的问题。深入了解HAK钾转运蛋白在植物体内的作用机制对于有效提高钾肥的利用效率,提升作物产量与品质,促进农业发展等方面具有重要的现实意义。     

烟草磷转运蛋白基因NtPHT2;1的克隆和表达分析

植物对磷酸盐的吸收与利用主要依靠磷转运蛋白,其中PHT2家族编码的低亲和磷转运蛋白主要负责植物在正常供磷条件下磷酸盐的吸收、转运与再利用。为了探究低亲和磷转运蛋白基因NtPHT2;1在烟草转运磷酸盐中的作用和表达模式,本研究以普通烟草K326的cDNA为模板,克隆得到NtPHT2;1,对该基因进行生物信息学分析和蛋白质的亚细胞定位,并通过荧光定量PCR技术对该基因在低磷等非生物胁迫下的基因表达模式进行分析。结果表明：（1）NtPHT2;1基因的全长为1 764 bp,编码587个氨基酸。（2）亚细胞定位结果表明,NtPHT2;1蛋白定位于叶绿体上。（3）同源性比对发现,NtPHT2;1蛋白与辣椒CaPHT2;1蛋白的同源性最高达到91.00%。（4）启动子分析表明,NtPHT2;1启动子含有参与调控植物衰老、逆境胁迫相关的顺式作用元件。（5）组织表达模式分析表明,NtPHT2;1在叶片中的表达量最高,新叶中的表达量比老叶中的高;在低磷诱导条件下,该基因的表达量与正常条件相比差异不显著。（6）不同非生物胁迫下的表达模式表明,在盐胁迫和干旱胁迫下,该基因的表达量显著降低。研究认为,NtPHT2;1基因主要是负责烟株正常生长发育条件下磷酸盐的转运与利用。