γ-氨基丁酸代谢旁路在植物响应逆境胁迫中的作用机制研究

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是普遍存在于生物体内的一类四碳非蛋白质氨基酸,其合成与代谢主要是通过三羧酸循环的一个旁路,即γ-氨基丁酸旁路(GABA-shunt)进行的,其生物学功能十分广泛,主要参与植物的生长发育、碳/氮源营养平衡、逆境胁迫响应和信号传递等一系列重要生命活动。本文从生理生化、分子水平简要介绍植物γ-氨基丁酸代谢旁路在逆境胁迫响应中的作用机制及生物学功能的研究进展。     

苏云金芽胞杆菌γ-氨基丁酸代谢途径相关功能基因的克隆、表达及同源性分析

γ-氨基丁酸代谢旁路作为三羧酸循环的一个分支,在真核、原核生物中广泛存在。在这条代谢途径中,涉及γ-氨基丁酸分解代谢的主要有两种酶:一种是γ-氨基丁酸转氨酶,能将γ-氨基丁酸转变成琥珀酸半醛;另一种是琥珀酸半醛脱氢酶,该酶能将琥珀酸半醛氧化形成琥珀酸,后者进入三羧酸循环。从国内分离得到的苏云金芽胞杆菌G03菌株中克隆了gabT和gabD基因。其中gabT基因含有1440bp,编码一个大小为52.6kD的蛋白质,而gabD基因大小为1449bp,编码一个52.2kD的蛋白质。这两个基因都分别在大肠杆菌中进行了表达和纯化。通过酶活测定结果表明,GabT和GabD蛋白分别呈现出γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶的活性。氨基酸序列同源性比对分析发现,这两个蛋白质在蜡样芽胞杆菌群(B.cereus group)中具有较高的相似性,而与枯草芽胞杆菌的相似性较低则分别为58%、51%。为进一步深入研究γ-氨基丁酸代谢旁路在苏云金芽胞杆菌中的生物学功能及其转录调控机制奠定了基础。     

高等植物体内γ-氨基丁酸合成、代谢及其生理作用

对γ-氨基丁酸(GABA)在植物体内的合成、代谢和与之有关的谷氨酸脱羧酶、γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶的特性,H 、Ca2 、CaM等因素对GABA合成代谢的影响和GABA在高等植物体内可能的生理作用作了介绍。     

γ-氨基丁酸在植物抗逆生理及调控中的作用

γ-氨基丁酸(GABA)是一种非蛋白质氨基酸,广泛存在于生物体中.GABA已经在多种植物体中被发现,但是它在植物体中的生理作用还不十分清楚.对γ-氨基丁酸在高等植物体中的合成、代谢途径、逆境条件下GABA在植物体中起的作用以及对植物的生长发育、氮代谢以及信号调控作用等生理过程的影响进行了综合评述,为GABA在植物体中进一步研究提供理论依据.     

γ-氨基丁酸与抗惊厥

γ-氨基丁酸(GABA)是中枢神经系统重要的抑制性递质,GABA 功能紊乱与惊厥的关系是60年代以来惊厥机制研究中引人注目的一个侧面。在 GABA代谢、释放、重摄取以及 GABA 受体等方面加强 GABA 能传递的因素一般具有抗惊厥作用.一些已知的抗惊厥药物,其作用机理也多涉及到 GABA 环节。     

谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究概述

谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)是一种磷酸吡哆醛(pyridoxal-5′-phosphate,PLP)依赖性酶,广泛存在于自然界的动植物和微生物中,在酸性环境下发生结构变化,不可逆地催化L-谷氨酸或谷氨酸盐α-脱羧生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。γ-氨基丁酸在人体中作为一种抑制性神经递质,具有重要的生理功能,可以被广泛应用于食品和制药工业中。本文就谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究进展进行概述。     

碳代谢基因gabT调控生防菌Snea253的γ-氨基丁酸代谢途径影响杀线虫活性

【背景】委内瑞拉链霉菌Snea253是本实验室前期获得的具有杀植物线虫活性的生防放线菌,通过生物信息学分析,γ-氨基丁酸转氨酶基因(gabT)是参与Snea253碳代谢的重要基因之一。【目的】明确gabT基因通过调控Snea253的γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)代谢通路,从而影响菌株的活性。【方法】以紫外诱变所得弱毒株(Snea253-R)为材料,以南方根结线虫为靶标,在弱毒株中过表达gabT基因,通过酶联免疫法(ELISA)和高效液相色谱法(HPLC)分别检测菌株中GABA和下游代谢产物琥珀酸的含量及杀线虫活性,同时检测在不同碳源培养条件下野生型菌株gabT基因表达水平、产物含量和杀线虫活性。【结果】过表达菌株R-p IB139的gabT基因上调表达,GABA含量降低,琥珀酸含量升高,杀线虫活性提高了39%;在8种不同碳源培养条件下,gabT基因在野生株中相对表达量较高的培养基碳源是可溶性淀粉和玉米淀粉,其发酵液中GABA含量较低,发酵液中下游代谢产物增多,杀线虫活性较高。【结论】通过改变gabT基因的表达,明确GABA支路在调控Snea253代谢以提高杀线虫的过程中发挥重要作用。     

甜高粱琥珀酸半醛脱氢酶SbSSADH基因克隆及原核表达

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)代谢旁路是TCA循环的一个代谢支路,广泛存在于动植物和微生物中,植物GABA代谢旁路与植物生物和非生物胁迫响应相关。琥珀酸半醛脱氢酶(SSADH)是GABA旁路的一个关键酶,对GABA途径在生物体内发挥功能起着至关重要的作用。通过检索Maize GDB和Gramene数据库获得甜高粱Sb SSADH基因信息,利用同源克隆的方法获得了甜高粱Sb SSADH基因。序列分析结果表明,Sb SSADH基因与玉米、甘蔗在核酸序列的相似度为94.77%,但前端约200 bp的信号肽部分差异较大。通过以p ET-28a为表达载体构建Sb SSADH原核表达系统,Rosetta菌株为表达菌,表达出约50 k D的SSADH蛋白,将纯化的蛋白进行酶活分析,纯化蛋白具有琥珀酸半醛脱氢酶活性,并且受酶抑制剂ATP和AMP的抑制。     

γ-氨基丁酸在高等植物体内的代谢和功能

从γ-氨基丁酸在植物体内的代谢、调节、胞内和胞间运输、植物体内的生理功能四方面介述了γ-氨基丁酸在高等植物中的可能生理作用.     

谷氨酸脱羧酶、γ-氨基丁酸-α-酮戊二酸转氨酶及γ-氨基丁酸在大白鼠脑的分布及其相互关系

近年来发现脑组织除具有一般的氧化代谢途径外,尚存在着谷氨酸—γ—氨基丁酸—琥珀酸牛醛—琥珀酸支路。这条支路的两个主要的酶就是谷氨酸脱羧酶(以下简称GDC)和γ-氨基丁酸-α-酮戊二酸转氨酶(以下简称 GABA-T)。γ-氨基丁酸(以下简称GABA)除了参与脑中的氧化代谢外,同时也是哺乳类中枢神经系统的一个抑制物质,可能对神经原的兴奋抑制起着调节作用。因此在中枢神经系统各部位 GABA 的含量如何,它的含量与 GDC 或 GABA-T 活力之间的关系又是如何,将是一个很有兴趣的问题。     

γ-氨基丁酸代谢影响拟南芥叶片节律性运动

为阐明γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)和生物节律调控的关系,本文以GABA合成(谷氨酸脱羧酶gad等)和代谢(GABA转氨酶GABA-T/pop2、谷氨酸脱氢酶gdh等)突变体,以拟南芥叶片节律性运动为监测指标,探讨了GABA代谢与叶片节律性运动的关系。结果显示,GABA合成突变体(gad1-3)和双突变体gad1/gad2中叶片节律性运动的振幅低于野生型,在gad1、gad2和gad1/gad2中叶片运动的振幅变化明显;pop2突变体中,叶片运动的节律性变化的振幅明显低于对照,gdh1/gdh2突变体中,叶片运动呈现非节律性变化的特点;此外,外源γ-氨基丁酸(1.0 mmol·L-1)不同程度提高拟南芥3种生态型(Col、Ler、Ws)叶片节律性运动的振幅,其中Col生态型和Ws生态型叶片振幅变化明显;在生物钟核心基因突变体toc1、lhy、cca1中,叶片运动呈现非节律性变化模式;但外源GABA的添加能够提高这些突变体叶片节律性运动的振幅或者恢复叶片的节律性。上述结果表明GABA代谢平衡直接和间接影响生物钟节律,外源或内源GABA的合成或代谢突变主要影响到叶片节律性运动的振幅。     

烟酸促进短乳杆菌合成γ-氨基丁酸的机制

短乳杆菌发酵时添加0.15%的烟酸可显著提高γ-氨基丁酸(GABA)的产量,为阐明烟酸的作用机制,本研究采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)的方法探究短乳杆菌添加(实验组)和不添加烟酸(对照组)发酵时的差异代谢物,并采用碘化丙啶(PI)单染色法分析了细胞膜的完整性。结果表明实验组和对照组之间显著性差异代谢物有33个,实验组中不饱和脂肪酸的含量,谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、组氨酸和鸟氨酸含量显著提高,烟酸核苷酸、2-磷酸甘油酸、腺苷一磷酸和酪胺的含量显著降低。碘化丙啶单染色实验表明实验组中具有红色荧光的短乳杆菌细胞显著多于对照组细胞。因此,烟酸的添加对短乳杆菌的生理代谢具有全局性的影响,其对GABA合成的促进作用可能与增加短乳杆菌细胞膜通透性进而导致的底物和产物更加容易进出细胞有关。     

GABA受体与药物依赖性的研究进展

药物成瘾是一种全球性的公共卫生问题,其发生机制十分复杂。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是中枢神经系统中主要的抑制性神经递质,其通过调节GABA受体(如:GABA_A,GABA_B)的活性参与多种药物成瘾和依赖性的发生与发展过程。吗啡、可卡因、甲基苯丙胺等药物引起的奖赏、戒断和复吸作用与GABA受体的激活或抑制密切相关。本文将对GABA受体在药物依赖中的作用及机制进行综述,从而为治疗药物成瘾提供新的策略。     

西花蓟马GABA受体基因鉴定及FoRDL在多杀霉素抗性中的作用

[目的]γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是动物神经系统中一种重要的神经递质.本研究旨在鉴定西花蓟马Frankliniella occidentalisγ-氨基丁酸受体(GABA receptors,GABAR)家族基因,明确离子型受体(GABAAR)在西花蓟马对多杀霉素抗性形成中的作用....     

谷氨酸棒杆菌S9114摇瓶发酵产γ-氨基丁酸的研究

为实现谷氨酸棒杆菌工业化生产γ-氨基丁酸(GABA),对L-谷氨酸工业生产菌S9114进行代谢途径改造。通过构建一株工程菌株S9114/p JYW-4-gad B1-gad B2,将来源于短乳杆菌Lb85菌株的谷氨酸脱羧酶编码基因gad B1和gad B2进行共表达,实现发酵72 h后发酵液中GABA含量达到32.8 g/L,GABA糖酸转化率达到47.3%。通过敲除该菌株的谷丙转氨酶编码基因ala T,使工程菌株S9114Δala T/p JYW-4-gad B1-gad B2发酵液中L-丙氨酸浓度降低5.5%,进一步降低了发酵副产物的含量。研究结果为利用谷氨酸棒杆菌实现工业化生产γ-氨基丁酸提供了有价值的参考。     

神经递质和调质参与导水管周围灰质痛觉调控的研究进展

导水管周围灰质(periaqueductal gray,PAG)在疼痛的调控过程中处于一个不可或缺的位置.其不仅是痛觉信息上行传递的重要部位,还是疼痛抑制系统的重要组成部分.在PAG,包括γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)和谷氨酸(glutamate,Glu)在内的神经递质以及内源性阿片肽(endogenous opioid peptides,EOP)和内源性大麻素(endocannabinoid,e CB)为代表的神经调质都参与了PAG对疼痛的信息传递以及调节.本文重点综述GABA、5-HT、Glu、EOP和eCB在PAG参与疼痛生理调控机制的研究进展,以期为中枢神经系统的镇痛研究提供一定的理论基础.     

猫小脑皮质Glu/GABA表达的老年性变化

衰老导致小脑的生理功能下降,但其神经机制仍然不清楚。为此,利用免疫组织化学方法标记猫小脑皮质内谷氨酸(Glutamate,Glu)和γ-氨基丁酸(γ-Aminobutiric acid,GABA)免疫反应阳性(Glu-IR和GABA-IR)结构,探讨青年猫和老年猫小脑皮质Glu/GABA表达的老年性变化及其可能影响。并利用Image-Pro Express图像分析软件对小脑皮质各层Glu和GABA免疫反应阳性细胞密度及其灰度值进行测量。结果显示:与青年猫相比,老年猫小脑皮质内的Glu免疫反应阳性浦肯野细胞密度、颗粒层Glu免疫反应阳性细胞密度及其两者的免疫阳性反应灰度值均显著下降(P<0.01)(免疫反应强度与平均灰度值成反比);老年猫分子层、浦肯野细胞层GABA免疫反应阳性神经元密度及其免疫反应强度均显著下降(P<0.01);颗粒层GABA免疫反应阳性神经元密度无显著变化(P>0.05),但神经元免疫反应强度显著减弱(P<0.01)。研究结果提示,衰老过程中猫小脑皮质出现神经元Glu的表达增强、GABA的表达减少等,可能是小脑神经元丢失和精确调控能力下降等的重要原因之一。     

γ-氨基丁酸能神经投射对纹状体功能的调节作用

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是纹状体(striatum,Str)中重要的抑制性神经递质,介导了纹状体中绝大部分抑制性的神经传递。根据纹状体接收的GABA来源不同将其分为:来自苍白球(globus pallidus,GP)和黑质(substantia nigra,SN)的外源性GABA能神经投射,以及来自纹状体MSNs和中间神经元的内源性GABA能神经投射。GABA能抑制性投射通过影响纹状体的神经调控网络来调节和控制运动行为,多种运动功能障碍性疾病的发生都与纹状体的GABA能抑制性神经投射异常有关。现以GABA为切入点,对GABA能抑制性神经投射对纹状体功能的调节作用进行综述。     

昆虫γ-氨基丁酸受体研究现状

γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是脊椎动物和无脊椎动物体内重要的抑制性神经递质,其作用是引起神经传递的抑制,造成突触后膜的超极化,因而抑制动作电位的产生。占领GABA受体或破坏GABA受体的作用即能影响动物(昆虫)正常的突触传递,造成神经功能失常,从而引起死亡。基于此开发的杀虫剂主要有环戊二烯类,阿维菌素类等。近年GABA受体基因及其表达的研究,已为不同的种属GABA受体的亚基组成、生理功能及其对很多杀虫剂药物反应的多样性提供了令人信服的依据。     

高粱SbGABA-Ts基因的克隆、原核表达及纯化

植物中GABA(γ-氨基丁酸)代谢与植物生长发育、信号传递及逆境响应等过程密切相关,而参与GABA代谢的关键酶GABA-T(γ-氨基丁酸转氨酶)在重要农艺作物中的研究相对滞后。利用同源性分析在高粱基因组数据库中获得两个γ-氨基丁酸转氨酶(SbGABA-T)基因,RT-PCR方法进行基因克隆,并连入原核表达载体pET28a(+),转化E.coli BL21(DE3)进行基因异源表达分析。结果表明,包含SbGABA-T编码区全长的融合蛋白主要在包涵体中表达,而去除了SbGABA-T N端信号肽的融合蛋白以部分可溶的形式存在。进一步优化表达条件,IPTG浓度为1 mmol/L时,16℃低温诱导18h,即可获得大量可溶性融合蛋白。用带His标签的镍柱对融合蛋白进行了纯化。