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。     

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.     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

西伯利亚白刺质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因NsSOS1的分离及表达分析

采用同源克隆技术分离了西伯利亚白刺(Nitraria sibirica)质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因NsSOS1,并对其在不同胁迫条件下的表达特性进行了分析。NsSOS1包含3 516bp开放阅读框(ORF),编码1 171个氨基酸,蛋白分子量为128.34kD。生物信息学分析显示,NsSOS1包含12个跨膜结构域,具有植物SOS1蛋白的保守结构域。系统发育分析表明,NsSOS1与其他植物质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白处于同一个次级分化群,与锦葵科海滨锦葵KvSOS1亲缘关系较近。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NsSOS1基因在西伯利亚白刺的根和叶中表达量较高;其表达受到非生物胁迫(NaCl、低温、干旱)和外源激素(MeJA和GA)的诱导,表明NsSOS1基因在西伯利亚白刺抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

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。     

菊芋Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

根据同源序列设计简并引物,通过RT-PCR及RACE的方法从菊芋中克隆了Na /H 逆向转运蛋白基因。序列分析表明,该基因全长2148 bp,开放读码框为1647 bp,可编码长549个氨基酸的多肽,与其它植物已克隆的Na /H 逆向转运蛋白具有很高的同源性。系统发育分析表明该蛋白(HtNHX1)与液泡型Na /H 逆向转运蛋白的亲缘关系较近,与质膜型Na /H 逆向转运蛋白亲缘关系较远。NaCl胁迫条件下RT-PCR检测结果表明,HtNHX1随NaCl浓度增加和处理时间延长表达持续增强,但到了第3天表达量开始下降。HtNHX1逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定菊芋耐盐能力的一个重要因素。     

盐胁迫下盐角草 Na ＋／H ＋转运基因表达分析

Na＋/H＋逆向转运蛋白具有调节细胞内离子浓度及维持pH值稳定的作用,是植物抵御盐胁迫的重要因子。从盐角草RNA-Seq数据中筛选Na＋/H＋逆向转运蛋白序列,利用生物信息学手段,拼接得到5条Na＋/H＋逆向转运蛋白完整cDNA序列,通过与NCBI已有序列比对分析,将其命名为SeNHX1、SeNHX3、SeNHX4、SeNHX5和SeN-haD。考察盐角草Na＋/H＋逆向转运蛋白在两种盐分变化情况下的表达变化：1）从无盐处理转移到200 mM NaCl处理;2）从200 mM NaCl培养基转移到无盐培养基。结果表明：SeNHX4的表达量非常低,在地下部几乎检测不到;SeNhaD在地上部的表达量是地下部的2倍左右,说明NhaD主要在盐角草地上部发挥作用;SeNHX1、SeNHX3和SeNHX5的表达量明显高于其他两个基因,对盐角草的耐盐机制起到更大的作用,并且SeNHX1和SeNHX5受盐分诱导表达,表达量与盐浓度呈正相关,可能在盐角草耐盐调控网络中发挥重要作用。综上,NHX基因家族和NhaD的表达量受到基质中盐分的调控作用,其表达在盐分处理或者盐分去除1～3d后发生变化。研究结果有助于阐明盐角草NHX基因家族和NhaD对盐分的响应特点。     

新型YdjM超家族成员的钠/氢逆向转运蛋白功能鉴定

在原核生物中,钠/氢逆向转运蛋白具有催化细胞内的Na~+、Li~+或K~+等碱基阳离子的排出,换取外部质子,以降低有毒碱性金属阳离子的细胞质浓度和维持细胞内pH稳态起到了至关重要的作用。为了进一步挖掘中度嗜盐菌Halobacillus Y5中具有盐碱耐受性的钠/氢逆向转运蛋白基因并对其功能进行鉴定,我们首先提取该菌的基因组DNA,然后采用Sau3AI随机酶切及功能互补的方法获得了一个新型的钠/氢逆向转运蛋白基因Ha_ydjM。生物信息学分析表明,该基因属于YdjM超家族成员,是一个未知功能的膜蛋白,系统发育分析证实,其与来自Halobacillus sp. Marseille-P 3789的YdjM(蛋白登录号WP_101846656. 1)家族成员聚在一起但形成独立分支。研究发现,该基因能够恢复大肠杆菌突变株KNabc对0. 2mol/L NaCl和5mmol/L Li Cl的耐受特性,并且耐受碱性pH 8. 0。功能分析显示,该蛋白呈现pH依赖的钠/氢逆向转运蛋白活性,转运动力学分析表明,Na~+、K~+、Li~+在KNabc中K_m值分别是0. 43±0. 05mmol/L、0. 49±0. 06mmol/L、0. 64±0. 06mmol/L,即对Na~+、K~+、Li~+的亲和力分别是Na~+ K~+ Li~+。综上所述,Ha_ydjM代表了一种新型的钠/氢逆向转运蛋白,这丰富了YdjM超家族成员,并为其他未知膜蛋白功能分析提供依据。     

水稻NHX1基因启动子和C末端的调控功能研究

为了解水稻Na+/H+逆向转运蛋白(OsNHX1)在植物应答非生物胁迫中的分子调控机制,采用RT-PCR方法克隆OsNHX1基因上游2 000bp的启动子序列,并通过基因枪轰击瞬时转化洋葱表皮细胞,检测不同非生物胁迫下启动子的活性和表达模式;同时,分别克隆全长和C末端缺失的OsNHX1基因,通过花序浸染法转化拟南芥,研究OsNHX1基因及其C末端的功能。结果显示:OsNHX1启动子受逆境胁迫诱导,在盐、干旱、脱落酸胁迫处理下GUS表达活性明显升高;过表达OsNHX1的转基因拟南芥中,种子萌发率、根长、丙二醛含量和相对含水量的测定结果均显示其胁迫耐受性得到改善,但过表达OsNHX1C末端缺失基因对转基因植株的胁迫耐受性无明显影响。研究表明,Na+/H+逆向转运蛋白有助于提高植物耐盐性,且其C末端区域对该转运蛋白活性的发挥具有关键作用。     

北美海蓬子SbNHX1基因耐盐性及功能结构域分析

对从北美海蓬子中分离的Na+/H+逆向转运蛋白基因SbNHX1进行了耐盐性及功能结构域分析.利用套叠PCR技术去除SbNHX1基因C末端162个核苷酸,得到SbNHX1-C基因,然后将SbNHX1、SbNHX1-C和拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1分别插入pET22b(+)表达载体,转化大肠杆菌B菌株,进行各种金属盐离子胁迫分析.结果表明,北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1只对Na+ 、K+离子有抗性,且耐盐性强于拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1.缺失C末端的SbNHX1-C基因对Na+、K+离子胁迫无抗性,说明北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1的耐盐作用与该基因C末端1 353 bp至1 514 bp的序列密切相关.