盐地碱蓬叶片液泡膜H+-ATPase B亚基的克隆及盐胁迫下表达分析

植物液泡膜H -ATPase在建立跨液泡膜质子梯度、促进液泡Na 区域化、提高植物耐盐性方面发挥着重要作用.本实验从盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)cDNA文库分离到碱蓬叶片液泡膜H -ATPase B亚基cDNA克隆.测序表明该基因长达1 974 bp,开放阅读框有1 470 bp编码489个氨基酸,含有一个保守的ATP结合位点,其蛋白分子量约为54.29 kD.Northem及Western印迹表明盐地碱蓬液泡膜H -ATPase B亚基表达明显受NaCl胁迫诱导,并且在NaCl胁迫下,B亚基在转录及翻译水平上与液泡膜H -ATPase c亚基存在协同作用.盐胁迫下,盐地碱蓬液泡H -ATPase B亚基与c亚基的协同表达增加了液泡H -ATPase的数量,从而提高了液泡H -ATPase活性,为碱蓬叶片液泡Na 区域化提供了动力,最终提高了碱蓬植株的耐盐性.     

灵武长枣果实质膜和液泡膜H~+-ATPase和H~+-PPase活性与果实糖分积累

以不同发育时期灵武长枣(Ziziphus jujuba cv.Lingwuchangzao)的果实为材料,通过测定与分析果肉组织中细胞质膜、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性、果实糖分含量变化,研究了灵武长枣果实质膜、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性与糖积累特性的关系。结果表明:(1)果实第二次快速生长期之前主要积累葡萄糖和果糖,之后果实迅速积累蔗糖,葡萄糖和果糖含量则逐渐下降,成熟期果实主要积累蔗糖。(2)在果实发育的缓慢生长期S1,质膜H+-ATPase活性最低;第一次快速生长期,质膜H+-ATPase活性最高;缓慢生长期S2,其活性降低;第二次快速生长期,质膜H+-ATPase活性升至次高;完熟期,质膜H+-ATPase活性下降幅度较大。(3)在果实发育过程中,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性的变化趋势相似。缓慢生长期S1,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性较低;从缓慢生长期S1至第一次快速生长期缓慢下降至最低;从第一次快速生长期开始,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性呈现为逐渐增高的变化趋势;除第二次快速生长期以外,液泡膜H+-PPase活性始终高于H+-ATPase。由此推测,质膜H+-ATPase和液泡膜H+-ATPase、H+-PPase对灵武长枣果实糖分的跨膜次级转运起到重要的调控作用。     

ATPase与植物抗盐性

本文综述了高等植物细胞ATPase在盐胁迫下的活性变化及其调控机制。V型H+_ATPase与细胞离子区隔化和植物抗盐性密切相关。盐胁迫提高抗盐植物液泡膜H+_ATPase活性,主要是通过增加V型H+_ATPase主要功能亚基的基因表达以及蛋白质合成。盐胁迫通常降低质膜H+-ATPase活性,很可能是由于酶蛋白质合成受阻,质膜H+-ATPase活性的变化与盐胁迫的强度和时间长短有关。此外,本文还对ABA和Ca2+-CaM等胁迫信号物质对ATPase活性的调控及其与植物抗盐性的关系进行了总结。研究ATPase对盐胁迫的响应和调控机制,有助于阐明植物的盐生境适应机制,也有利于植物的抗盐育种工作。     

ATPase 与植物抗盐性

 本文综述了高等植物细胞ATPase在盐胁迫下的活性变化及其调控机制。V型H+_ATPase与细胞离子区隔化和植物抗盐性密切相关。盐胁迫提高抗盐植物液泡膜H+_ATPase活性, 主要是通过增加V型H+_ATPase主要功能亚基的基因表达以及蛋白质合成。盐胁迫通常降低质膜H+-ATPase活性, 很可能是由于酶蛋白质合成受阻, 质膜H+-ATPase活性的变化与盐胁迫的强度和时间长短有关。此外, 本 文还对ABA和Ca2+-CaM等胁迫信号物质对ATPase活性的调控及其与植物抗盐性的关系进行了总结。研究ATPase对盐胁迫的响应和调控机制, 有助于阐明植物的盐生境适应机制, 也有利于植物的抗盐育种工作。     

NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2＋与Ca2＋-ATPase的超微细胞化学定位

利用焦锑酸盐和磷酸铅沉淀技术分别对NaHCO3胁迫条件下星星草（Puccinellia tenuiflora）根中Ca2＋和Ca2＋-ATPase进行超微细胞化学定位研究,旨在进一步探讨Ca2＋在NaHCO3胁迫诱导胞内信号转导过程中的作用,以及Ca2＋-ATPase活性定位变化与NaHCO3胁迫下星星草抗盐碱能力的关系。结果表明：在正常状态下,根毛区细胞质内Ca2＋较少,主要位于质膜附近和液泡中,Ca2＋-ATPase主要定位于质膜和液泡膜,有一定活性。在0.448%NaHCO3胁迫下,根毛区细胞质中Ca2＋增多,液泡中Ca2＋减少,且主要集中于液泡膜附近,质膜和液泡膜Ca2＋-ATPase活性明显升高。在1.054%NaHCO3胁迫下,细胞质中分布的Ca2＋增多,而液泡中Ca2＋极少,Ca2＋-ATPase活性也降低。以上结果表明,Ca2＋亚细胞定位和Ca2＋-ATPase活性变化在星星草响应NaHCO3胁迫的信号传递过程中具有重要作用。     

NaCl胁迫对盐芥质膜和液泡膜ATPase活性的影响

以盐生植物盐芥和中生植物拟南芥幼苗为材料,研究了盐胁迫对它们叶片和根质膜、液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性以及H+-ATPase、Na+/H+ 逆向转运蛋白表达的影响.结果显示:在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根质膜的H+-ATPase活性分别比对照显著升高41%～212%和35%～53%,液泡膜的H+-ATPase分别显著升高281%～373%和4%～38%,而拟南芥却比相应对照都显著降低;相同盐浓度胁迫下,盐芥叶片的H+-ATPase活性比根部高4～8倍,盐芥根也远高于拟南芥.在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根的液泡膜H+-ATPase蛋白质β亚基含量变化与其酶活性变化趋势一致,质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白的表达量与Na+含量变化趋势一致.盐胁迫下盐芥根中Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性的增加与根中Ca2+和K+含量呈显著正相关.研究发现,在盐胁迫条件下,盐芥能有效增强H+-ATPase蛋白和Na+/H+逆向转运蛋白表达,显著提高其根系与叶片质膜和液泡膜的H+-ATPase、Ca2+-ATPase和K+-ATPase活性,维持细胞质中较高的Ca2+和K+水平,从而缓解盐胁迫的伤害,增强耐盐性.     

盐地碱蓬叶片液泡膜H^＋—ATPase B亚基的克隆及盐胁迫下表达分析

植物液泡膜H^ -ATPase在建立跨液泡膜质子梯度、促进液泡Na^ 区域化、提高植物耐盐性方面发挥着重要作用。本实验从盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)cDNA文库分离到碱蓬叶片液泡膜H^ -ATPase B亚基cDNA克隆。测序表明该基因长达1974bp,开放阅读框有1470bp编码489个氨基酸,含有一个保守的ATP结合位点,其蛋白分子量约为54．29kD。Northern及Western印迹表明盐地碱蓬液泡膜H^ -ATPase B亚基表达明显受NaCl胁迫诱导,并且在NaCl胁迫下,B亚基在转录及翻译水平上与液泡膜H^ -ATPase c亚基存在协同作用。盐胁迫下,盐地碱蓬液泡H^ -ATPase B亚基与c亚基的协同表达增加了液泡H^ -ATPase的数量,从而提高了液泡H^ -ATPase活性,为碱蓬叶片液泡Na^ 区域化提供了动力,最终提高了碱蓬植株的耐盐性。     

过量表达棉花液泡H+-ATPase C亚基基因促进酵母细胞伸长和提高盐胁迫耐受性

棉花液泡H -ATPase在纤维细胞的伸长过程中具有重要作用,能够通过对纤维细胞膨压的调节而介导细胞的极性膨大.拟南芥液泡H -ATPase C亚基(DET3)具有调节液泡H -ATPase活性,进而调控细胞伸长的作用.为了快速鉴定棉花液泡H -ATPase C亚基基因(GhDET3)的功能和推测其在棉花纤维生长中的作用,作者构建了GhDET3的酵母表达载体pREP5N( ).GhDET3,并进行了裂殖酵母的遗传转化.结果表明,在酵母细胞中过量表达GhDET3基因,能够促进酵母细胞的伸长和提高酵母细胞对NaCl和高pH的耐受性,说明GhDET3对液泡H -ATPase的活性有重要影响,由此推测GhDET3基因与棉花纤维细胞的伸长生长具有密切关系.     

胡杨液泡膜H+-ATPase的部分纯化及其耐盐性研究

为了阐明液泡膜H^ -ATPase在盐胁迫下的作用和适应性机制,对悬浮培养的胡杨细胞在50mmol／L盐浓度下处理10d,结果表明液泡膜H^ -ATPase、焦磷酸酶的水解活性、质子泵活性增加。将通过差速离心和不连续蔗糖密度梯度离心富积的液泡膜微囊先由脱氧胆酸钠(DOC)和n-辛基-β-D-葡萄糖(OG)分步破膜抽提,经蔗糖密度梯度离心分离,部分纯化的酶含V型H^ -ATPase的主要亚基。     

植物细胞质膜H+-ATPase的结构与功能

植物细胞质膜H+-ATPase属于P型质子泵。由该酶产生的跨膜电化学梯度是物质跨膜运输的原初动力。研究表明,质膜H+-ATPase与植物的生长发育密切相关,被称为植物细胞的“主宰酶”。近年,关于该酶的生化特性,基因表达与调控以及结构与功能等方面的研究取得重要进展。对质膜H+-ATPase的生化特性,分子结构,调节机制和生理功能等进行了综述。     

质膜H+-ATPase与环境胁迫

植物根系质膜H -ATPase在调节细胞内pH值,促进养分吸收、同化物运输等方面具有重要作用。对质膜H -ATPase的结构、功能和分子机制进行综述,并讨论了质膜H -ATPase在信号传递过程及植物适应环境胁迫中的作用,最后就植物质膜H -ATPase的研究及应用提出几点看法。     

植物质膜H+-ATPase的研究进展

质膜H -ATPase参与植物细胞的物质跨膜转运、细胞的伸长生长、气孔的开闭以及植物对环境胁迫的响应等生理过程,是植物生命活动的“主宰酶”。其活性调节涉及激素、环境因子等多种因素,可发生在转录、翻译和酶分子等多级水平。因此,在植物生长发育过程中,质膜H -ATPase活性的调节对生理活动起重要作用。本文就植物质膜H -ATPase的结构特征、生理功能、活性变化及其调节机理等的研究进展进行综述,以进一步揭示该酶的生理功能及其调节机理与植物生命活动过程的关系。     

磷饥饿下番茄幼苗根系液泡膜H+-ATPase活性的适应性变化

以‘世纪星’番茄为材料。研究了磷饥饿下番茄幼苗的生长状况及其根部液泡膜H^＋-ATPase活性的适应性变化。结果表明：磷饥饿下番茄幼苗的平均高度均低于对照苗,而主根长度均显著长于对照。磷饥饿提高了番茄幼苗根部液泡膜H^＋-ATPase的水解活性,随着磷胁迫时间的延长,该酶的活性逐渐增大,在磷饥饿7d时达到最大,后又略有降低;而对照番茄幼苗根部该酶的活性变化很小。动力学分析表明：磷饥饿使番茄幼苗根部液泡膜H^＋-ATPase的Km值明显降低,但对该酶的Kmax影响不大。这说明磷饥饿提高了该酶对其底物的亲和力。此外,磷饥饿并不改变液泡膜H^＋-ATPase酶的最适pH值（仍为7．5）。     

NaCl胁迫下大麦根系液泡膜H+-ATPase活性与膜流动性的关系

用50～200 mmol/L NaCl处理2 d后,大麦(Hordeum vulgare L.)品种"滩引2号"(耐盐性强)根的液泡膜H+-ATPase活性增强,600 mmol/L NaCl处理下酶活性下降;"科品7号"(耐盐性弱)在50～100 mmol/L NaCl处理2 d后根的液泡膜H+-ATPase活性增强,200～600 mmol/L NaCl处理下酶活性随盐浓度增加而降低.50～200 mmol/L NaCl处理下"滩引2号"根的液泡膜流动性下降,600 mmol/L NaCl处理下膜流动性明显增大;盐胁迫下液泡膜膜脂脂肪酸不饱和度下降时,膜流动性下降,反之则膜流动性上升.由此推断高盐胁迫下液泡膜膜脂脂肪酸不饱和度上升而引起膜流动性上升可能是引起H+-ATPase活性下降的原因之一.     

玉米根尖细胞液泡膜结合的蛋白激酶的存在及其性质

为了解液泡膜蛋白在植物细胞信号途径中的功能,用新型的非放射性同位素方法从玉米根细胞的高纯度液泡膜上鉴定出一种膜内在的蛋白激酶.这种蛋白激酶具有Ca2+依赖、CaM和磷脂酰丝氨酸不依赖等特性,与已在多种植物中报道的含有类似钙调素结构域的蛋白激酶CDPK相似.离体实验表明其活性的最适pH值为6.5,最适Ca2+浓度为10 μmol/L.从最适pH值和去污剂的影响可以推测出其活性位点朝向胞质一侧.Zn2+对其活性没有明显的抑制作用,说明该激酶缺少某些哺乳动物的蛋白激酶常含有的锌指结构.当液泡膜蛋白在Ca2+和ATP存在的条件下被预磷酸化后,液泡膜H+-ATPase的ATP水解和质子转运过程均被激活.激活的活性可以被碱性磷酸酶逆转.以上结果说明玉米根尖细胞的液泡膜中存在一种可能是CDPK的蛋白激酶.由它造成的Ca2+依赖的磷酸化作用激活了液泡膜H+-ATPase的活性.这些结果将有助于深入研究CDPK在植物细胞信号转导中的功能.     

NaCl胁迫下大麦根液泡膜H+-ATPase活性、离子吸收与钙的关系

NaCl胁迫2 d,耐盐大麦(Hordeum vulgare L.cv) ("滩引2号")根系液泡膜H+-ATPase活性增强,H+-PPase活性下降.以质膜Ca2+通道抑制剂La3+ (1 mmol/L)或Ca2+螯合剂EGTA (5 mmol/L)处理大麦幼苗,抑制了NaCl诱导的液泡膜H+-ATPase活性的增强,但提高了H+-PPase活性;用CaM拮抗剂三氟拉嗪(TFP,20 μmol/L)处理,也抑制了液泡膜H+-ATPase活性的增强.NaCl胁迫下,外加La3+,TFP或La3++TFP处理,使Na+吸收增加,K+和Ca2+吸收降低.结果表明,NaCl胁迫下,液泡膜H+-ATPase活性提高和离子吸收的变化可能与Ca-CaM系统有关.     

NaCl胁迫对宁夏枸杞幼苗根系质膜和液泡膜H+-ATPase活性的影响

以宁夏枸杞为材料,研究NaCl胁迫下枸杞幼苗组织含水量、干物质重量、无机离子分布、质膜透性、丙二醛 (MDA)含量及幼根质膜、液泡膜H -ATPase活性和耐盐性之间的关系。结果表明,在0．3％NaCl胁迫下,干物质重量、质膜透性、MDA含量略有增加,组织含水量略有下降;随着NaCl胁迫强度的增加,Na 、Cl-含量逐渐增加, K 含量则呈现下降的趋势;质膜透性增大与MDA含量升高呈显著正相关;质膜和液泡膜H -ATPase活性逐渐增加,且液泡膜H -ATPase活性显著高于质膜H -ATPase活性,表明枸杞具有较强的抗盐性。     

Na+/H+逆向转运蛋白和植物耐盐性

Na^ /H^ 逆向转运蛋白对植物耐盐起着重要作用,它利用质膜H^ -ATPase或液泡膜H^ -ATPase及PPiase泵H^ 产生的驱动力把Na^ 排出细胞或在液泡中区隔化以消除Na^ 的毒害。主要讨论植物中Na^ /H^ 逆向转运蛋白研究在分子水平的最新进展。     

K^＋营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬生长及叶片液泡膜V—H^＋—ATP和V—H^＋—PPase活性的影响

对溶液培养的盐地碱蓬（Suaeda salsa L.)幼苗进行不同浓度NaCl胁迫并改变培养液中K^ 浓度,以了解K^ 营养对NaCl胁迫下盐地碱蓬幼苗生长及叶片液泡膜V－H^ -ATPase、V－H^ -PPase活性的影响。提高培养液K^ 浓度可明显增加盐胁迫下碱蓬植株的鲜重、干重,促进盐地碱蓬叶片及根部组织K^ 积累。盐地碱蓬叶片液泡膜V－H^ -ATPase至少由A、B、C、D、E及c亚基组成,其表达量在缺K^ 处理（12μmol/L K^ )下随盐胁迫浓度的增加而减小,而在正常K^ （6mmol/L)培养下则随盐胁迫浓度的增加而增加;盐地碱蓬叶片液泡膜V－H^ -PPase分子量为72kD,在缺K^ 和正常K^ 供应情况下,V－H^ -PPase均有较高表达。V－H^ -ATPase及V－H^ -PPase活性变化与其亚基表达量变化基本成正相关。结果表明：K^ 对盐生植物碱蓬的耐盐性有重要作用,盐胁迫下,K^ 可能参与了V－H^ -ATPase和V－H^ -PPase活性调控。     

液泡膜H+-ATPase在植物的非生物胁迫响应和信号转导中的作用

液泡膜H^＋-ATPase是一种多亚基复合体,在植物受到非生物胁迫后,其对逆境信号的感知转导即做出相应的变化。在Ca^2＋通道、ABA信号通路及盐过敏感途径等信号传递的过程中,都有V-ATPase的参与。文章将对这一领域的研究进展进行介绍。