植物ABC和MATE转运蛋白与次生代谢物跨膜转运

植物产生大量的次生代谢物,不但对植物自身适应性具有极其重要的作用,而且有着巨大的实用价值。次生代谢物的跨膜转运是植物次生代谢工程研究的一个新兴领域。ABC（ATP-binding cassette）和MATE（multidrug and toxin extrusion）转运蛋白与生物体内多种物质的跨膜转运有关,在植物次生代谢物的运输过程中均发挥着重要作用。文章主要综述了ABC和MATE转运蛋白在植物次生代谢物跨膜转运中的研究进展。     

植物多药和有毒化合物排出转运蛋白研究进展

植物在生长及适应环境的过程中会吸收很多有益或有害的物质,自身也会产生大量代谢物,植物对这些物质的转运是植物生长发育及适应环境的重要环节,有多种转运蛋白家族参与其中。多药和有毒化合物排出转运蛋白(MATEs)是生物体中重要的转运蛋白家族之一,而植物中MATE基因的丰富程度要远远高于其他生物。根据植物MATEs的蛋白结构,这些基因被分为4个主要的亚家族,即MATE I,MATEⅡ,MATEⅢ和MATE IV。同一亚家族或同一MATE基因簇的基因还具有相同或相似的功能。植物MATEs定位于细胞的各种生物膜上,如细胞质膜、液泡膜、高尔基膜及囊泡膜等。此外,一些MATEs的表达还具有组织特异性,它们转运的底物也具有多样性和特异性,使得MATEs呈现出多种生物学功能。它们在外源性物质的排出、次生代谢产物的转运和累积、铁转运、铝脱毒和植物激素信号传递及植物的抗病性等方面都起着重要作用。该文对MATEs的发现、基因分类、亚细胞定位及生理功能等方面进行了概述,对深入研究该基因家族提供了思路,对该基因家族的应用进行了展望。     

普通烟草MATE基因家族分析及功能预测

摘要：植物多药和有毒化合物排出家族（multidrug and toxic compound extrusion,MATE）是一类可转运毒素、金属离子、次级代谢产物的次级转运蛋白家族。该家族主要在植物的解毒机制中发挥作用,部分成员也参与植物的形态建成过程。MATE家族在烟草基因组中的数量、特征及功能目前尚未开展系统分析。本研究利用生物信息学方法对普通烟草（Nicotiana tabacum）基因组中的MATE基因进行了预测分析,共预测到131个基因,分为4个亚家族。亚家族3在进化树中形成较为独立的分枝,其跨膜区数量、亚细胞定位、保守结构域方面与其他亚家族不同。转录组数据显示,相当一部分MATE家族基因在所有组织中低量表达。GO功能注释结果表明该家族成员主要作为一种转运体,在应激响应、生物调控等过程中发挥作用。本研究为烟草及其他植物中MATE家族的鉴定和功能研究提供了数据基础。     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

拟南芥MATE家族成员DTX18表达调控

拟南芥多药物和有毒化合物排出家族(MATE)属次级转运蛋白家族, 此类转运蛋白与解毒内源的次生代谢物和外源的有毒化合物有关.通过 PCR 的方法从拟南芥基因组中扩增到该家族成员DTX18的启动子序列,构建重组质粒后,通过农杆菌介导的方法获得转基因植物.GUS 组织化学染色发现此基因的表达受到伤害和茉莉酸甲酯(MJ)诱导.同时结合半定量 PCR 的方法检测该基因在伤害及 MJ 处理下转录本丰度的变化,进一步证实了此结果.另外,此基因在突变体coi1,ein2中的表达量明显降低,这一点揭示了此基因表达的调控机制,即与植物激素JA/ET的信号传导密切相关.     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

拟南芥中MATE基因家族的研究进展

多药和有毒化合物排出家族（Multidrug and Toxic Compound Extrusion, MATE）是一个新的次级转运蛋白家族,此类转运蛋白对氨基葡糖、阳离子染料、多种抗生素和药物有转运作用。拟南芥中的MATE基因家族是一个多基因家族,大概由56个成员构成,本文综述了拟南芥中MATE家族基因的研究进展,包括3个方面：第一是拟南芥中MATE家族成员的构成及主要特征;第二描述了转运蛋白的主要功能;第三分析了其功能多样的大致原因。此外,还展望了此家族研究的一些前景。     

鲍曼不动杆菌中外排泵介导耐药机制的研究进展

外排泵的过表达是目前导致鲍曼不动杆菌多重耐药的最重要机制之一,详细了解这一复杂机制有助于尽快找到有效的防治策略。目前,鲍曼不动杆菌中已被报道的外排泵家族包括耐药结节细胞分化(resistance-nodulation-cell division,RND)家族、主要协同转运蛋白超家族(major facilitator superfamily,MFS)、多药及毒性化合物外排(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)家族、小多重耐药(small multidrug resistance,SMR)家族。它们之中既有通过染色体介导的外排泵,也有通过质粒等遗传元件介导的外排泵。外排底物可呈现多样性,也可呈现专一性。本文就上述外排泵的种类、功能和调控机制进行综述。     

锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展

含锰矿渣的排放造成了严重的土壤锰污染。揭示锰毒害和植物的耐锰机制对于污染土壤治理具有重要意义。研究表明, 高浓度的Mn²⁺能够抑制根系Ca²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺等元素的吸收及活性, 引起氧化性胁迫导致氧化损伤, 使叶绿素和Rubisco含量下降、叶绿体超微结构破坏和光合速率降低。而锰超累积植物则具有多种解毒或耐性机制, 如区域化、有机酸螯合、外排作用、抗氧化作用和离子交互作用等。根系主要通过有机酸的螯合作用促进植物对Mn²⁺的转运解毒, 同时能够将过量的Mn²⁺区域化在根细胞壁中; 叶片可通过酚类物质或有机酸螯合Mn²⁺, 并将其区域化在叶片表皮细胞和叶肉细胞的液泡中(或通过表皮毛将Mn²⁺排出体外)。其中, 金属转运蛋白在植物对Mn²⁺的吸收、转运、累积和解毒过程中发挥着重要作用。     

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na 的外排、减少Na 的吸入和Na 的区隔化,而Na 的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K /Na 离子转运蛋白,Na /H 逆向转运蛋白以及液泡膜H -PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。     

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。     

酸性土壤上植物应对铝胁迫的过程与机制

铝胁迫是酸性土壤上影响作物产量最重要的因素之一.目前,全球土壤酸化程度进一步加剧了铝胁迫.植物可通过将铝离子与有机酸螯合储藏于液泡和从根系中排出铝毒.排出铝毒主要通过苹果酸转运蛋白ALMT和柠檬酸转运蛋白MATE的跨膜运输来实现.编码ABC转运蛋白和锌指转录因子的基因与植物抗铝胁迫有关.这些抗铝毒基因的鉴别使得通过转基因和分子标记辅助育种等生物技术来提高农作物的抗铝毒能力成为可能.最后提出了植物抗铝胁迫研究中需要解决的关键问题及今后的研究方向.     

放线菌中腺苷三磷酸结合盒转运蛋白的研究进展

放线菌由于能产生多种结构新颖、活性独特的次级代谢产物,在医药工业、农业和环境保护上具有重要作用。全基因组测序的数据显示,放线菌中含有数目众多的腺苷三磷酸结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白基因,在营养摄入、次级代谢产物转运、外源毒素解毒等一系列过程中发挥着重要的作用。本文概述了ABC转运蛋白的结构和作用机制,并结合本实验室的研究工作,对近年来放线菌中ABC转运蛋白的研究进展进行了比较全面的综述,着重介绍了负责次级代谢产物跨膜转运的ABC外排蛋白,并展望了放线菌ABC转运蛋白的研究热点和应用前景。     

锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展

含锰矿渣的排放造成了严重的土壤锰污染。揭示锰毒害和植物的耐锰机制对于污染土壤治理具有重要意义。研究表明,高浓度的Mn2＋能够抑制根系Ca2＋、Fe2＋和Mg2＋等元素的吸收及活性,引起氧化性胁迫导致氧化损伤,使叶绿素和Rubisco含量下降、叶绿体超微结构破坏和光合速率降低。而锰超累积植物则具有多种解毒或耐性机制,如区域化、有机酸螯合、外排作用、抗氧化作用和离子交互作用等。根系主要通过有机酸的螯合作用促进植物对Mn^2＋的转运解毒,同时能够将过量的Mn^2＋区域化在根细胞壁中;叶片可通过酚类物质或有机酸螯合Mn^2＋,并将其区域化在叶片表皮细胞和叶肉细胞的液泡中（或通过表皮毛将Mn^2＋排出体外）。其中,金属转运蛋白在植物对Mn^2＋的吸收、转运、累积和解毒过程中发挥着重要作用。     

植物高亲和钾离子转运蛋白HAK功能研究进展

钾(Potassium,K)是植物生长发育重要的营养元素,素有"抗逆元素"和"品质元素"之称。在低钾环境下植物主要利用高亲和的转运蛋白进行钾离子的吸收和转运,KUP/HAK/KT作为植物体内钾离子高亲和转运蛋白家族中最大,成员最多的家族,在植物高亲和转运钾离子过程中发挥关键作用。系统阐述了植物KUP/HAK/KT家族的基本情况及其分类、高亲和钾离子转运蛋白HAK的系统发育分析、HAK转运蛋白在提高植物钾吸收,影响植物生长发育,增强植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫能力等方面的功能研究,最后展望了钾离子转运蛋白HAK后续有待解决的问题。深入了解HAK钾转运蛋白在植物体内的作用机制对于有效提高钾肥的利用效率,提升作物产量与品质,促进农业发展等方面具有重要的现实意义。     

Preferential transport activity of DkDTX5/MATE5 affects the formation of different astringency in persimmon

Proanthocyanidins(PAs) are specialized metabolites that infuence persimmon fruit quality.Normal astringent(A)-type and non-astringent(NA)-type mutants show significant variation in PA accumulation, but the infuencing mechanism remains unclear. In this study, among the six identified DTXs/MATEs proteins associated with PA accumulation, we observed that allelic variation and preferential transport by Dk DTX5/MATE5 induced variation in PA accumulation for A-type and NA-type fruit. The expression pa...     

植物重金属转运蛋白研究进展

土壤中的有毒重金属不仅对植物有害,也可通过食物链危害人类和动物的健康.重金属转运蛋白在植物吸收、抵抗重金属的复杂机制中起着关键作用.植物重金属转运蛋白分为吸收蛋白和排出蛋白,其中,吸收蛋白转运必需重金属进入细胞,同时也会因为必需重金属的缺乏或离子之间的竞争而运载有毒重金属;排出蛋白是一类解毒蛋白,可将过量的或有毒的重金属逆向转运出细胞,或区室化于液泡中.目前,细胞内多种重金属转运蛋白基因的转录水平与重金属离子积累之间的联系已被揭示,并分离克隆出诸多相关蛋白家族成员.本文综述了近年来发现并鉴定的主要重金属转运蛋白的金属亲和性、器官表达特异性及细胞内定位等的研究进展.     

质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白与植物耐盐性

土壤盐碱化是造成农作物减产的主要原因之一。质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白能够介导植物根部Na^＋的外排和体内Na^＋的长距离运输, 并能够调控细胞K＋的稳态平衡及细胞内pH值和Ca^2＋的转运, 因此其在植物耐盐性方面具有重要作用。该文概述了植物质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白的分子结构、功能、表达调控及其与植物耐盐性关系等方面的研究进展, 并对今后有关该蛋白的主要研究方向作了分析和展望。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。