衣藻叶绿体分裂基因CrFtsZ1在E.coli中的表达

FtsZ蛋白在细菌的分裂中起着重要作用,能够在分裂位点形成一个环状结构而控制细菌的分裂过程。细胞内FtsZ蛋白浓度的明显降低或异常升高均可阻断正常的细胞分裂过程进而导致丝状菌体的产生。为了研究衣藻叶绿体分裂基因ftsZ的功能,构建了衣藻CrFtsZ1的原核表达重组质粒。试验结果表明,衣藻ftsZ的表达严重影响了大肠杆菌的分裂,初步证明衣藻FtsZ蛋白不仅与E．coli FtsZ蛋白在序列上相似,而且也有着相似的功能,同时这一结果也为真核细胞中质体的内共生起源提供了直接的证据。     

衣藻CrMinD基因的网上克隆及其进化分析

细菌细胞正常分裂时,在其中部形成介导细胞分裂的环状复合物结构。该环状复合物至少由10多种蛋白组成。其中,FtsZ蛋白最早在细胞中部组装成环状结构Z环,其他分裂相关蛋白再先后与Z环相结合,行使其分裂功能。Fts蛋白为原核细胞骨架蛋白,与真核生物的微管蛋白具有共同的进化祖先。在大肠杆菌细胞中共有三个潜在的细胞分裂位点,一在中部,另外两个分部在两极。正常情况下仅有中部的分裂位点得到应用。FtsZ环正确定位于细胞中部的潜在分裂位点与MinD蛋白密切相关。当minD基因突变时FtsZ蛋白则在细胞两极组装成Z环,最终导致细胞分裂异常,产生不含基因组的小细胞(Mincell)。       

植物叶绿体分裂的分子机制

叶绿体是植物细胞内一种重要的细胞器．它不仅是光合作用的场所,还是其它多种中间代谢的场所．叶绿体起源于蓝细菌,与其原核祖先类似,通过二分裂方式进行增殖．最近的研究表明,叶绿体的分裂装置包含原核起源和真核起源的蛋白质,它们在叶绿体的内膜内侧和外膜外侧协同作用以完成叶绿体的分裂．在过去十几年里,包括丝状温度敏感蛋白Z（FtsZ）、Min系统蛋白、质体分裂蛋白（PDV）和ARC蛋白等在内的多个叶绿体分裂相关组分被分离鉴定．本文简要介绍了叶绿体分裂装置各成员的发现、叶绿体被膜的收缩和叶绿体分裂位点的选择机制．另外,植物发育过程中叶绿体分裂可能受到细胞的控制,但目前对细胞如何调控叶绿体分裂知之甚少．本文对该领域的最新研究进展也进行了综述．     

钝顶螺旋藻FtsZ在大肠杆菌中的表达和定位

FtsZ是与真核微管蛋白类似的原核骨架蛋白,能在细胞分裂位点聚合组装成环状结构而调控细胞分裂过程。为了研究钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）FtsZ蛋白的功能,构建了钝顶螺旋藻FtsZ与绿色荧光蛋白GFP融合表达的质粒,并在大肠杆菌中进行了表达和定位研究,结果发现,表达融合蛋白GFP-FtsZ的大肠杆菌细胞由短杆状变为长丝状,且菌丝体长度与融合蛋白的表达量呈正比。在荧光显微镜下观察到融合蛋白GFP-FtsZ在长丝状体细菌中呈有规律的点状分布,这说明FtsZ蛋白功能高度保守,钝顶螺旋藻FtsZ蛋白能识别大肠杆菌分裂位点并装配成环状结构调控大肠杆菌细胞分裂,FtsZ蛋白的过量表达能抑制大肠杆菌正常的细胞分裂而导致长丝状体细胞的形成。     

叶绿体分裂相关蛋白CrMinD的保守功能

细胞或质体中部正确分裂位点的选择是MinD蛋白与其他Min蛋白（MinC／E）相互作用的结果,MinD蛋白在原核细胞以及植物叶绿体的分裂过程中发挥着重要的作用。细胞中MinD蛋白浓度的明显升高可影响正常细胞的分裂过程而产生丝状体细胞。为了研究叶绿体分裂蛋白CrMinD的保守功能,构建了衣藻CrMinD-gfp的原核表达重组质粒进行了原核功能验证。试验结果表明,衣藻CrMinD蛋白的过量表达严重影响了大肠杆菌的分裂,其在原核细胞中运动和定位与用GFP标记的原核细胞MinD蛋白具有相似性。更进一步证明了叶绿体分裂同源物CrMinD蛋白与原核细胞MinD蛋白有着相似的功能,是一个进化上功能保守的蛋白。同时,这一结果也为研究植物细胞中质体的分裂机制奠定了一定的基础。     

高等植物质体的分裂

质体来源于早期具光合能力的原核生物与原始真核生物的内共生事件。原核起源的蛋白以及真核寄主起源的蛋白共同参与了质体的分裂过程。以原核生物的细胞分裂蛋白为蓝本,近些年在植物中陆续鉴定出几种主要的原核生物细胞分裂蛋白的同源物,如FtsZ、MinD和MinE蛋白。然而,除此之外,原核细胞大多数分裂相关因子在植物中找不到其同源物,但却鉴定了许多真核寄主来源的分裂相关蛋白。当前研究的重点是剖析各种质体分裂蛋白协同作用的机制,业已证明MinD和Mine的协同作用保证了FtsZ（Z）环的正确定位。尽管经典的FtsZ的抑制因子MinC在植物中不存在,但实验表明ARC3在拟南芥中具有类似MinC的功能。ARC3蛋白与真核起源的蛋白如ARC5、ARTEMIS、FZL和PD环以及其它原核起源的蛋白如ARC6和GC1等共同构成了一个复杂的植物质体分裂调控系统。     

原核生物细胞分裂的调控机制

原核细胞的分裂机制一直是人们研究的热点 ,经过多年来的不懈研究 ,人们发现FtsZ蛋白在细胞分裂过程中发挥着重要作用 ,并且是最早出现在分裂位点的蛋白 ,而且直接参与启始了细胞分裂环的形成 ;此外 ,对ftsQAZ基因簇的深入研究也大大加深了人们对原核细胞分裂的认识。就目前原核生物细胞分裂的调控机制作一综述。     

钝顶螺旋藻FtsZ在大肠杆菌中的表达和定位北大核心CSCD

FtsZ是与真核微管蛋白类似的原核骨架蛋白,能在细胞分裂位点聚合组装成环状结构而调控细胞分裂过程。为了研究钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)FtsZ蛋白的功能,构建了钝顶螺旋藻FtsZ与绿色荧光蛋白GFP融合表达的质粒,并在大肠杆菌中进行了表达和定位研究,结果发现,表达融合蛋白GFP-FtsZ的大肠杆菌细胞由短杆状变为长丝状,且菌丝体长度与融合蛋白的表达量呈正比。在荧光显微镜下观察到融合蛋白GFP-FtsZ在长丝状体细菌中呈有规律的点状分布,这说明FtsZ蛋白功能高度保守,钝顶螺旋藻FtsZ蛋白能识别大肠杆菌分裂位点并装配成环状结构调控大肠杆菌细胞分裂,FtsZ蛋白的过量表达能抑制大肠杆菌正常的细胞分裂而导致长丝状体细胞的形成。     

衣藻叶绿体分裂相关基因CrFtsZ3的克隆及其原核表达

FtsZ蛋白在原核细胞以及植物细胞叶绿体的分裂过程中发挥着重要作用。为了研究叶绿体分裂装置的进化 ,运用RT PCR方法从莱茵衣藻中克隆了叶绿体分裂相关基因CrFtsZ3。由于已经从衣藻细胞中克隆了一个ftsZ基因 ,所以CrFtsZ3的克隆表明衣藻中已经存在两类不同的 ftsZ基因 ,这说明 ftsZ基因的复制与分歧发生于绿藻的分化之前。序列分析结果显示 ,CrFtsZ3所编码的蛋白质具有FtsZ蛋白的典型模体。进一步的原核表达与定位分析表明CrFtsZ3 GFP融合蛋白沿着宿主菌体的纵轴方向有规律地聚集成荧光点或荧光带 ,并且CrFtsZ3蛋白过量表达明显干挠了宿主菌正常的细胞分裂过程 ,说明衣藻CrFtsZ3蛋白能够识别宿主细胞内的分裂位点并影响细胞分裂过程 ,从而初步验证了它的生物学功能     

高等植物质体的分裂

质体来源于早期具光合能力的原核生物与原始真核生物的内共生事件。原核起源的蛋白以及真核寄主起源的蛋白共同参与了质体的分裂过程。以原核生物的细胞分裂蛋白为蓝本, 近些年在植物中陆续鉴定出几种主要的原核生物细胞分裂蛋白的同源物, 如FtsZ、MinD和MinE蛋白。然而, 除此之外, 原核细胞大多数分裂相关因子在植物中找不到其同源物, 但却鉴定了许多真核寄主来源的分裂相关蛋白。当前研究的重点是剖析各种质体分裂蛋白协同作用的机制, 业已证明MinD和MinE的协同作用保证了FtsZ(Z)环的正确定位。尽管经典的FtsZ的抑制因子MinC在植物中不存在, 但实验表明ARC3在拟南芥中具有类似MinC的功能。ARC3蛋白与真核起源的蛋白如ARC5、ARTEMIS、FZL和PD环以及其它原核起源的蛋白如ARC6和GC1等共同构成了一个复杂的植物质体分裂调控系统。