小球藻RubisCO的纯化及其在异养向自养转变过程中的含量变化

经硫酸铵分部沉淀、ＳｅｐｈａｃｒｙｌＳ－３００和ＤＥＡＥ－纤维素柱层析纯化了小球藻ＲｕｂｉｓＣＯ,得率为１５％,比活力达１．２３２μｍｏｌＣＯ２ｍｓ－１ｍｉｎ－１,分子量是５００ｋＤ,它和菠菜叶片ＲｕｂｉｓＣＯ在分子量、亚基组成和免疫特性等方面相似,反映ＲｕｂｉｓＣＯ在高等和低等植物中有较高的同源性。自养小球藻ＲｕｂｉｓＣＯ占细胞可溶性蛋白质的２４％。而异养转变后的小球藻细胞内不含ＲｕｂｉｓＣＯ。异养小球藻向自养生长转变过程中,２０ｈ后细胞内叶绿素含量逐渐增加,２４ｈ时细胞内出现ＲｕｂｉｓＣＯ,２４ｈ后大量增加,至４１ｈ时含量达最高峰;标志着小球藻细胞光合作用能力的恢复和加强。     

水稻RubisCO的纯化及其与烟草RubisCO性质的比较

利用蔗糖密度梯度离心和DEAE-Sepharose fast flow柱层析等步骤从水稻叶片中纯化了RubisCO。此法不仅快速,而且酶的收得率高,酶的比活达1.15 μmol CO_2 min~(-1) mg~(-1)。 水稻RubisCO的热稳定性比烟草酶差,在活化时对Mg~(2 )较敏感。水稻和烟草RubisCO钝化态时总巯基数和表面巯基数相同,然而当酶活化后,水稻酶表面巯基数增加,而烟草酶则减少。当这些表面巯基被修饰后,水稻酶活性损失60％而烟草酶活力仅损失15％。水稻和烟草RubisCO的远紫外CD光谱有明显的区别,这显示了两者在二级结构、酶比活和性质上的重大差别。     

多能硫杆菌RubisCO基因同源性分析

以氧化亚铁硫杆菌1,5—二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)基因为探针,与氧化硫硫杆菌和多能硫杆菌的染色体DNA杂交。结果表明,氧化硫硫杆菌的染色体DNA能够与氧化亚铁硫杆菌RubisCO基因探针杂交。而多能硫杆菌不能与其杂交,然而却能够与球形红杆菌RubisCO基因探针杂交,同源性高。由于RubisCO在进化上的高度保守性,因此认为它们在RubisCO进化关系上应属于不同的类群。     

Rubisco的研究进展

Ｒｕｂｉｓｃｏ的研究进展李凤玲（山东省莱阳农学院基础部２６５２００）吴光耀（北京大学生命科学院１００８７１）核酮糖－１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶（Ｒｉｂｕｌｏｓｅ１,５－ｂｉｓｐｈｏｐｈａｔｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ－ｏｘｙｇｅｎａｓｅ,缩写为Ｒｕｂｉ...     

Rubisco副合基因的构建及其在E.coli中的表达

将编码番茄核酮糖－１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶小亚基转运肽的一段ＤＮＡ序列与菠菜Ｒｕｂｉｓｃｏ大亚基的编码区连接,构建了一个Ｒｕｂｉｓｃｏ融合基因。限制性内切酶图谱和ＤＮＡ序列分析证明副合部位的核苷酸序列符合构建前的三联密码子框架。将Ｒｕｂｉｓｃｏ融合基因转入Ｅ．ｃｏｌｉ,用ＩＰＴＧ进行诱导表达。利用蛋白质印迹技术检测到诱导产物的存在。     

外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦Rubisco及其活化酶的影响

以抗旱品种‘晋麦47’和干旱敏感品种‘郑引1号’为材料,通过室内水培试验研究了外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦叶片净光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)含量和相关基因表达特性的影响。结果表明:(1)外源海藻糖和渗透胁迫均能显著增加2个小麦品种叶片海藻糖含量。(2)渗透胁迫显著降低了2个品种小麦叶片的净光合速率,而外源海藻糖能显著缓解受胁迫小麦叶片净光合速率的降低幅度。(3)渗透胁迫仅使‘郑引1号’Rubisco大亚基基因(rbcL)相对表达量及相应蛋白含量显著降低;渗透胁迫显著降低了小麦RCAα和β亚基基因相对表达量,并显著降低RCA蛋白含量,而外源海藻糖不能缓解RCA蛋白含量的降低;渗透胁迫显著降低了Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性,而外源海藻糖则能显著缓解上述酶活性的下降。(4)小麦叶片净光合速率与其rbcL、RCAα和β亚基基因相对表达量及Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性均呈极显著正相关关系。研究发现,在渗透胁迫条件下,外源海藻糖主要从翻译后层面对小麦叶片Rubisco和RCA的活性发挥显著保护作用,从而缓解了小麦净光合速率的降低。     

二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)及其亚基的免疫化学特异性

用菠菜和苜蓿二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPcase)的抗体对八种植物的(RuBPCase)作双向免疫扩散反应,其免疫沉淀线均是部分交叉的(以菠菜和苜蓿KuBPCase为参照抗原)。不同品种的菠菜RuBPCase对同一品种菠菜RuBPCase抗体和不同品种苜蓿RuBPCase对同一品种苜蓿RuBPCase抗体的双向免疫扩散沉淀线均完全融合。各种植物的RuBPCase对菠菜RuBPCase大亚单位抗体的双向免疫扩散沉淀线都是完全融合的。因此植物种间RuBPCase免疫化学决定簇差异决定于小亚基上,而同一种内不同品种间酶的小亚基无免疫化学决定簇的差异。     

Rubisco的装配一种研究监护分子（molecular chaperone）作用的模型系统

Ｒｕｂｉｓｃｏ的装配──一种研究监护分子（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｐｅｒｏｎｅ）作用的模型系统李立人（中国科学院上海植物生理研究所,上海２０００３２）关键词Ｒｕｂｉｓｃｏ,装配１．引言核酮糖１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶（简称Ｒｕｂｉｓｃｏ,Ｅ．Ｃ．４...     

烟草核酮糖二磷酸羧化酶及其大、小亚基改进的分离纯化方法

核酮糖二磷酸羧化酶在植物叶子中含量很高,一般约占总可溶性蛋白的50％以上,是世界上最为丰富的一种蛋白质(Ellis 1979)。这种蛋白质含有高水平的必需氨基酸(Kung等1980),它作为人类的一种补充营养食品有着潜在的应用前景。因此需要研究出一种简便的、得率高的并可大规模制备的蛋白质纯化技术。核酮糖二磷酸羧化酶又是光合作用中固定二氧化     

自养和兼养条件下蛋白核小球藻昼夜节律的响应

【目的】研究自养和兼养两种培养方式对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、细胞分裂和生化组分积累的影响,探讨人工培养蛋白核小球藻的昼夜节律响应机制和优化技术。【方法】小球藻自养培养采用BG11培养基,兼养培养基在BG11培养基中添加4种不同浓度(1、5、10、20 g/L)的葡萄糖,培养周期为10 d。血球板计数法测定藻细胞浓度,干重法测定藻细胞生物量。显微观察藻细胞大小和分裂情况。脂染色法测定小球藻总脂的含量,藻细胞的叶绿素、蛋白和淀粉分别采用甲醇、氢氧化钠、硝酸钙浸提后通过紫外分光光度法定量测定。【结果】葡萄糖兼养培养对蛋白核小球藻具有显著的促生长效应,最适浓度为10 g/L。10 d收获时,兼养组(10 g/L葡萄糖)藻细胞浓度和干重分别是自养组的2.57倍和6.73倍。分析一昼夜中的藻细胞增殖规律可知,第2天和第5天时自养组中增殖的新生子细胞约有76.00%在黑暗期分裂产生,而兼养组中第2天和第5天光照期的新细胞增殖量占比分别达到40.90%和67.50%。一昼夜内藻细胞大小的迁移动态监测表明,第2天自养组藻细胞的体积变化静息期为8 h,兼养组只有4 h;第5天两组藻细胞大小迁移动态的昼夜节律明显,但兼养组黑暗结束后较大细胞(D6μm)占比显著高于自养组。第8天时,兼养组藻细胞已处于稳定期,总脂和蛋白含量均显著高于自养组,藻细胞总脂和色素含量在一昼夜中相对稳定,但蛋白和淀粉含量分别在光照8 h和12 h左右达到峰值。从第2天开始,对兼养组细胞每天进行2 h光延长,收获时藻细胞浓度和干重分别比对照组提高13%和11%。【结论】葡萄糖兼养培养能大幅提高蛋白核小球藻的生物量。蛋白核小球藻生长增殖与生化组分积累均受昼夜节律调控,自养条件下藻细胞以光照期生长黑暗期增殖为主。兼养培养提高藻细胞生物量的机制在于缩短藻细胞生长静息期,在昼夜节律中加速藻细胞生长并显著提高通过细胞周期检查点的细胞比例,光照期效应尤其明显。藻细胞蛋白和淀粉含量昼夜节律明显,最佳收获时间分别在光照8 h和12 h后。     

自养微生物同化CO_2的分子生态研究及同化碳在土壤中的转化

大气中CO2浓度持续升高和全球气候变暖是亟待解决的重大环境问题。自养微生物在环境中广泛分布,能直接参与CO2的同化,因此研究自养微生物同化CO2的分子生态学机制具有重大的科学意义。以往对自养微生物的研究多针对基因组DNA,从DNA水平揭示了不同生态系统中碳同化自养微生物的种群结构和多样性,但这些微生物在生态系统中的具体功能有待进一步的研究。近年来,随着转录组学研究技术和稳定同位素探针技术(SIP)的发展,自养微生物同化CO2的生态机理研究不断深入,这些研究明确揭示了碳同化自养微生物是河流、湖泊和海洋生态系统中CO2固定作用的驱动者,并新发现了一些具有CO2同化功能的微生物群落。基于国内外有关研究进展,从DNA和RNA水平上对自养微生物同化CO2的分子机理以及稳定同位素探针技术(SIP)在碳同化微生物研究中的应用进行了分析和总结,初步展望了RNA-SIP技术在陆地生态系统碳同化微生物分子生态学研究中的前景。同时,探讨了陆地生态系统同化碳的转化和稳定性机理,以期为深入了解生态系统碳循环过程和应对气候变化提供理论依据。     

索罗金小球藻异养转自养过程中基因表达的全局调控

为提高异养条件下索罗金小球藻(Chlorella sorokiniana)蛋白质含量,扩大该藻株在食品和饲料领域的应用,研究发现当异养条件下培养的C. sorokiniana GT-1细胞转入光自养培养条件后,蛋白质含量显著提高。通过转录组学分析揭示了C. sorokiniana GT-1在异养转自养过程中基因表达发生全局变化,其中糖酵解途径与磷酸戊糖途径上调,氮转运和同化途径中的关键酶的编码基因明显上调,且谷氨酸族氨基酸和丙酮酸族氨基酸的生物合成途径的多个酶在转录水平上显著增强。研究还发现在异养条件下藻细胞仍然可以表达部分光合作用蛋白的编码基因,当转入光自养条件后24h内绝大多数光合作用相关蛋白编码基因的转录被激活。结果表明在异养转自养条件过程中蛋白质含量的升高与氮的吸收及利用增加、还原能合成的增强、部分氨基酸的合成上调及光合作用蛋白质的大量合成有关。研究为后续如何通过培养条件优化或代谢工程改造提高C. sorokiniana GT-1产蛋白质的能力提出了新的思路。     

水稻叶片在自然衰老过程中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的降解(英文)

１,５二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶（Ｒｕｂｉｓｃｏ）是光合碳同化的关键酶,研究其降解机理对合理调控水稻生长后期光合衰退具有重要意义。前人用人为诱导植物衰老的方法,研究了Ｒｕｂｉｓｃｏ的降解机理,认为该酶降解之前,必需发生亚基间的交联聚合和向类囊体膜转移,这样在结构和空间上有利于水解酶的作用。我们用自然衰老叶片进行研究的结果表明：Ｒｕｂｉｓｃｏ在降解过程中其比活基本保持恒定,意味着未发生酶的失活,也就是说酶结构未发生根本性改变,由此也可初步判断酶未发生亚基间的交联聚合（已证明亚基交联可导致酶失活）。接着用ＳＤＳＰＡＧＥ和蛋白印迹技术证实了上述观点：Ｒｕｂｉｓｃｏ降解之前只有极少量的大亚基聚合体,随后同未聚合大亚基一起很快降解。此外,研究结果进一步表明酶分子在降解之前有少量与叶绿体膜结合,但降解过程中并未见膜结合蛋白增加。根据上述结果我们认为,亚基间交联聚合和向膜转移并非水稻叶片自然衰老时Ｒｕｂｉｓｃｏ降解的必要条件。     

多能硫杆菌RuhisCO墓因在大肠杆菌中表达产物分析

通过对多能硫杆菌RubiSCO的基因表达分析表明该基因能够在pBR322的P1启动子、pUC19的lac启动子以及pKK223-3的tac启动子的启动下,在大肠杆菌中表达,RubisCO基因片段在pUC19和pKK223-3载体上的表达活性较高。进一步对RubisCO基因表达产物进行了非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,检测到了RubisCO蛋白质带。     

美丽异木棉光合相关酶活性季节性变化

对美丽异木棉叶片叶绿素含量与乙醇酸氧化酶（GO）、核酮糖二磷酸羧化酶（RuBPCase）活性的季节变化进行测定。结果表明：叶片Chla、Chlb和Chl（a＋b）含量的峰值均出现在7月;叶片GO活性季节变化为单峰型曲线,8月最（252nmol／mg·min）;RuBPCase活性季节变化为双峰曲线,6月和9月各有一峰值,分别为275nmol／mg·min和248nmol／mg·min,8月出现低谷;叶绿素含量和酶活性受光合有效辐射（PAR）与气温（Tair）的影响较大。     

以异养细胞作为种子的椭圆小球藻产油脂光自养培养优化

异养细胞种子/光自养培养方法是一种可异养培养的能源微藻培养的有效方法,但已有文献尚未从工艺优化角度考察其发展潜力。为了获得较高细胞密度的用于光自养培养的种子和提高光自养培养的细胞密度与油脂产率,对异养细胞种子/光自养培养的培养基和培养条件进行了优化。结果表明,采用优化后的培养基,椭圆小球藻在摇瓶中异养培养的最高藻细胞密度可达11.04 g/L,比在初始培养基条件下提高了28.0%,在5 L发酵罐中异养培养的藻细胞密度达到73.89 g/L;在2 L柱式光生物反应器中光自养培养的藻细胞密度、油脂含量和油脂产率分别达1.62 g/L、36.34%和6.1 mg/(L·h),油脂成分主要为含C16-C18碳链的脂肪酸,是制备生物柴油的理想原料。经过优化,异养细胞种子/光自养培养这一方法能够显著地提高椭圆小球藻产油脂的能力,这进一步表明异养细胞种子/光自养培养方法有望成为可异养的能源微藻的高效培养方式。     

豌豆核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶亚基结合蛋白的纯化及特性

用~(35)S-Met在照光下与豌豆完整叶绿体保温,显示新合成的标记的RubisCO大亚基与结合蛋白形成一复合物,经ATP处理后解离为结合蛋白亚基,同时释放出的标记的RubisCO大亚基参与了RubisCO的装配。豌豆叶片提取液经热处理,硫酸铵分部,DEAE-Sepharose fast flow和Sephacryl S-300柱层析在ND-PAGE,SDS-PAGE上显示为一条带,估计纯度达90％以上,得率比以前报道的高12倍。纯化的结合蛋白表面巯基数经测定为12±1个,总巯基数为36±1个。远紫外CD光谱具有典型的α-螺旋结构的光谱特性,α-螺旋度为39％。此外,以纯化的豌豆结合蛋白制备了多克隆抗体。琼脂糖双扩散实验显示,结合蛋白的抗体与结合蛋白产生一条沉淀线,而与豌豆的RubisCO无沉淀反应,这表明所得到的抗体是高度专一的。     

宁波港压载水浮游植物多样性的研究

为了避免压载水作为媒介转移外来物种并造成污染危害,利用分子生物学技术研究宁波港来自印度洋、新加坡和美洲的压载水浮游植物。结果显示,新加坡和美洲的压载水没有检测到浮游植物。而印度洋的压载水里面含有硅藻门的直链藻属(Aulacoseirasp.)、海链藻属(Thalassiosirasp.)、骨条藻属(Skeletonemasp.)、冠盘藻属(Stephanodiscussp.)和星盘藻属(Discostellasp.);隐藻门的全沟藻属(Teleaulaxsp.)和斜片藻(Plagioselmissp.);绿藻门的括小球藻属(Chlorellasp.)、卵囊藻属(Oocystissp.)和Pseudococcomyxasp.;链形植物门包括新月藻属(Closteriumsp.)。同宁波港的港池浮游植物相比,生长速度快、抗逆性强的硅藻数量明鲜增多,有些种类是外来的。