C_4,C_3,CAM植物叶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶分子聚体的比较

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)广泛存在于所有植物不同部位(或器官)中,在C_4和CAM植物的CO_2固定上起着重要作用。近几年来在C_3植物中也加强了有关PEPC的研究。本文用SDS和原性凝胶电泳的方法,比较不同光合型植物和不同环境条件下PEPC分子亚基和聚体的差异,为进一步研究代谢功能的调节和分子聚体的关系提供依据。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能及其在基因工程中的应用

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC 4.1.1.31)是广泛存在的一种细胞质酶,催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和HCO3-生成草酰乙酸(OAA),后者可转化生成三羧酸循环的多种中间产物.PEPC在植物细胞中参与植物的光合碳同化等重要代谢途径,并且在不同组织中具有多种生理功能.PEPC同时也参与调控植物种子的营养物质合成与代谢过程,控制糖类物质流向脂肪酸合成或蛋白质合成途径.以下介绍了植物PEPC的种类、蛋白质结构特点及其在植物组织中的调控方式,并重点论述了PEPC在生物基因工程中的应用方面的进展,随着对其功能机制和应用研究的深入,将有助于植物PEPC在高产优质农作物育种、能源植物和工业微生物等的开发利用等方面得到更好的发展与应用.     

用未标记免疫酶技术在甘蔗大豆叶片内定位RUBP羧化酶

RuBP羧化酶是绿色植物同化CO_2的关键酶。研究RuBP羧化酶在C_4植物叶片内的分布,有助于阐明C_4植物的光合作用结构和功能的特点,以及RuBP羧化酶对光合作用的调控功能。这种工作具有明显的理论意义和实用价值。     

C_3和C_4植物叶片内双磷酸核酮糖(RuDP)羧化酶之免疫荧光定位

我们用从菠菜提纯的RuDP 羧化酶制备兔抗RuDP 羧化酶抗体,用荧光免疫直接法在典型的C_3和C_4植物叶片横截面的冰冻切片内定位RuDP 羧化酶。抗RuDP 羧化酶抗体是用异硫氰荧光素(FITC)标记的。观察结果说明在C_4植物(玉米)叶切片中,特异荧光绝大部分集聚于维管束鞘细胞的叶绿体内。在C_3植物(小麦、大麦)叶切片中,特异荧光呈现在叶片叶肉细胞的叶绿体部位。两种植物中特异荧光分布的不同显示了它们的RuDP 羧化酶分布的不同。     

番木瓜不同叶位中PEP羧化酶、苹果酸脱氢酶和苹果酸酶活性的变化

现已发现烟草、马铃薯及水稻等C_3植物的嫩叶中有明显的PEP羧化酶活性。然而,以C_3植物为材料研究PEP羧化酶及与其反应有偶联关系的苹果酸脱氢酶和苹果酸酶与叶龄叶位的关系的尚不多。我们研究热带水果番木瓜叶片光合特性的结果表明叶片的光合能力、对光的吸收及反射等与其叶龄密切相关。本文则进一步探讨同一植株不同叶片中PEP羧化酶、苹果酸脱氢     

谷子生长过程中光合特性的变化

谷子是C_4植物,但叶片中核酮糖1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase,E.C.4.1.1.39)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEP Case,E.C.4.1.1.31)的活性变化,CO_2补偿点的变化与叶位和叶龄有关。其初生叶和衰老叶并不表现典型的C_4特征,与成熟叶比较,RuBP Case活性和CO_2补偿点都相对较高,而且,也存在着结构上的差别。本实验结果表明所测植物在生长过程中存在着光合特性的变化。     

华南地区3个棕榈藤种光合途径的判别

C3植物可以通过转入C4植物基因而具备C4植物光合特性,从而提高产量。有鉴于此,本文通过测定我国华南地区分布的黄藤(Daemonoropsmargaritae(Hance)Becc.)、单叶省藤(CalamussimplicifoliusC.F.Wei)和白藤(C.tetradactylusHance)等3个棕榈藤种苗木和成年植株叶片的叶绿素含量、气孔密度、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvatecarboxylase,PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(pyruvatephosphatedikinase,PPDK)和稳定碳同位素比值等指标以判别3个藤种的光合途径,为棕榈藤转入C4植物基因工作提供理论依据。结果表明,3种藤种苗木和成年植株的叶绿素含量和气孔密度比常见C3植物和C4植物高,但叶绿素a/b值、叶片上下表面气孔比值、PEPC酶活性、PPDK酶活性和稳定碳同位素比值等指标均较低,与常见C3植物的对应指标相当或略低,而远小于常见C4植物,因此认为黄藤、单叶省藤和白藤等3个藤种是C3植物。     

棉花PEPC基因种子特异性ihpRNA表达载体的构建及鉴定

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是控制植物体中蛋白质和脂肪酸含量比例的关键酶。本研究从棉花中克隆得到PEPC基因,长度为433bp,并将该基因的正反义片段分别和种子特异性启动子napin启动子(1123bp)、α球蛋白B基因启动子(1149bp)连接,插入到植物表达载体pCADS1341中。经酶切和PCR鉴定,成功的构建了PEPC基因的种子特异性ihpRNA表达载体pCADSNPSPA和pCADSBPSPA,为后期高含油量棉花材料的选育打下了基础。     

马齿苋叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性及调节特性的光/暗变化

在光照条件下C_4植物马齿黄金苋叶片PEPC的提取活性高于在黑暗中的。PEPC的光/暗活性比率与测定系统的pH及底物PEP浓度有关。pH升高及PEP浓度增加均可使光/暗活性比值下降。日间提取的PEPC与夜间提取的PEPC对于激活剂G6P及抑制剂Mal的敏感性有明显差异。日型PEPC的敏感性低于夜型PEPC的。G6P对PEPC的激活作用表现为增加酶对底物PEP的亲和性,Mal的抑制作用表现为既降低酶对底物PEP的亲和性,又降低酶促反应的最大速度。G6P、Mal对于日型和夜型PEPC的动力学参数的影响是不同的。     

华南地区3个棕榈藤种光合途径的判别

C3植物uT以通过转入C4植物基因而具备C4植物光合特性,从而提高产量.有鉴于此,本文通过测定我国华南地区分布的黄藤(Daemonorops margarttae(Hance)Becc.)、单叶省藤(Calamus simplicifolius C.F.Wei)和白藤(C.tetradactylus Hance)等3个棕榈藤种苗木和成年植株叶片的叶绿素含量、气孔密度、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(pyruvate phosphate dikinase,PPDK)和稳定碳同位素比值等指标以判别3个藤种的光合途径,为棕榈藤转入C4植物基因工作提供理论依据.结果表明,3种藤种苗木和成年植株的叶绿素含量和气孔密度比常见C3植物和C4植物高,但叶绿素a/b值、叶片上下表面气孔比值、PEPC酶活性、PPDK酶活性和稳定碳同位素比值等指标均较低,与常见C3植物的对应指标相当或略低,而远小于常见C4植物,因此认为黄藤、单叶省藤和白藤等3个藤种是C3植物.     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的分子结构研究进展

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)广泛存在于高等植物、藻类及大多数细菌中,催化C4光合作用固定CO2的第一步反应。在过去的10年中关于PEPC分子的一级结构研究已取得显著的进展,最近,通过X-射线衍射分析阐明了大肠杆菌和玉米C4型PEPC分子的三维结构,就这些研究进展进行总结。     

热带作物木瓜C~3/C_4属性的鉴别

林植芳等(1982)从光、CO_2等环境因素对木瓜光合作用的影响进行了研究,并认为某些性状近似于C_3植物,但迄今尚没有人从叶解剖结构、RuBP羧化酶分布角度进行研究来确定木瓜的C_3/C_4属性。我们用免疫荧光直接法研究木瓜叶片内RuBP羧化酶的分布,并用气体交换法测定CO_2补偿点,以鉴别它的C_3/C_4属性。     

水分胁迫对露花磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶表达水平及特性的影响

水分胁迫能引进露花叶片ＰＥＰ羧化酶的活力,酶蛋白和ｍＲＮＡ水平的提高。复水后,叶片ＰＥＰ羧化酶表达量降低,茎中的ＰＥＰ羧化酶在水分胁迫和恢复水分供应过程中变化情况与叶片相似,兼性ＣＡＭ植物的碳代谢类型转变发生在植物的绿色组织中。     

水分胁迫对露花磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶表达水平及特性的影响

水分胁迫能引起露花叶片PEP羧化酶的活力、酶蛋白和mRNA水平的提高。复水后,叶片PEP羧化酶表达量降低;茎中的PEP羧化酶在水分胁迫和恢复水分供应过程中变化情况与叶片相似,兼性CAM植物的碳代谢类型转变发生在植物的绿色组织中。露花叶片中除了250kD的PEP羧化酶同功酶外,还有300kD同功酶;主茎的叶片叶位越低,PEP羧化酶活力越高。     

蔓花生PEPC基因家族的生物信息学分析

为了解花生中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)的功能,对二倍体祖先种野生蔓花生(Arachis duranensis)基因组数据库进行分析,发现存在9个Ad PEPC基因家族成员,这些基因的序列长度为3 584~12 956 bp,开放阅读框(ORF)长度为702~3 168 bp,分布在3、5、7、8、9、10号染色体上。蔓花生Ad PEPC家族蛋白的氨基酸序列中均含有HCO3-结合位点和PEP结合位点等保守结构域,根据序列特征可分为植物型、细菌型和序列较短的PEPC等3类,同类蛋白序列的同源性较高,基因结构中的内含子与外显子的数目也较相似。基因表达分析表明,多数成员在花或茎中的表达量较高,Ad PEPC1;2和Ad PEPC4;2在茎中的表达量最高,其他家族成员尤其是Ad PEPC2、Ad PEPC1;5和Ad PEPC1;3在花中的表达量明显高于其他组织,Ad PEPC1;5基因在叶中不表达。Ad PEPC3在根、茎、叶和花中均不表达,推测该基因为假基因。这为深入研究Ad PEPC家族基因的功能奠定了基础。     

大米草、高粱叶片内双磷酸核酮糖(RuBP)羧化酶的免疫荧光定位

C_4植物在叶解剖结构上,它的维管束鞘细胞内有叶绿体,这些细胞围绕着维管束排列成独特的“花环形”(Leatsch 1974)。这种特殊的形态结构与C_4植物具有高光合强度密切相关。 RuBP羧化酶是绿色植物同化大气中CO_2的关键酶。在C_4植物(玉米)叶切片中,该酶集中在维管     

转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、PEPC+PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化.光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC+PPDK基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ在照光下的实际光化学效率(ФPSⅡ)和光化学猝灭(qp)下降的比原种少,而非光化学猝灭(qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4光合酶基因水稻株系诱导产生的的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧(O-2、H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)产生较少.表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC+PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强.在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出耐光氧化特性.这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据.     

转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）,丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）,NADP－苹果酸酶（NADPME）,PEPC＋PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化,光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPKD基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率（Fv/Fm),PSⅡ在照光下的实际光化学效率（φPSⅡ)和光化学猝灭（qp)下孤的比原种少,而非光化学猝灭（qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏,同时转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4兴合酶基因水稻株系诱导产生的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶（SOD）,过氧化氢酶（CAT）,过氧化物酶（POD）的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧（O2^-,H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）产生较少,表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强,在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出在耐光氧化特性,这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的研究——Ⅰ.PEP羧化酶同功酶的分离和变构特性的比较

本文报导高梁(C_4植物)和小麦(C_3)植物绿色和黄化叶片中PEP羧化酶的一些特性的比较研究。结果表明不同材料叶片的PEP羧化酶对一些代谢物的反应不同。高梁绿色叶片的PEP羧化酶为G6P、Gly和FDP所激活,为油酸和柠檬酸所抑制。G6P、Gly和FDP对小麦叶片(绿色和黄化叶)、高粱黄化叶片的PEP羧化酶则均无激活作用,油酸和柠檬酸的抑制效应也消失或者下降。 比较这些不同来源的PEP羧化酶在DEAE——纤维素柱层析的结果表明它们具有不同的离子特性。在高粱绿色叶片中分得两种具有不同物理学和动力学特性的PEP羧化酶同功酶(PCⅠ;PCⅡ)。它们的Km(PEP)值各为1.66毫克分子和0.181毫克分子。PCⅡ对G6P的反应较迟钝。从NaCl洗脱梯度、聚丙烯酰胺凝胶电泳和对变构效应剂的反应来看,PCⅡ的一些特性接近于小麦的PE羧化酶。     

木薯磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因全长cDNA克隆及表达分析

应用巢式PCR从木薯栽培种(Manihot esculenta)Arg7和野生种W14(M.esculenta subsp.flabellifolia)叶片中克隆到磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因pepc全长cDNA,GenBank序列号为JN387052和JN387053。cDNA全长2945 bp,含1个2895 bp的开放阅读框,预测编码的蛋白含964个氨基酸,具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶保守结构域。木薯PEPC与麻疯树和蓖麻的PEPC氨基酸序列具有高度同源性。表达分析表明pepc在W14和Arg7叶中的表达量最高,其次是须根和块根,茎中最低。单日表达量动态分析表明,Arg7叶中pepc总体表达量高于W14,但是16∶00后W14高于Arg7,推测两种木薯pepc调控区域存在差异。