植物的双组分信号系统

双组分系统由感受信号输入的组氨酸(His)蛋白激酶和调节信号输出的反应调控因子组成,涉及许多原核生物、真菌、黏菌和植物的各种信号转导途径.在植物中,还存在更复杂的包括杂合的His激酶、磷酸传递中间体和反应调控因子的信号系统,称为多步骤双组分系统.最近的研究表明,双组分系统在对环境刺激和生长调节剂(如乙烯、细胞分裂素、光和渗透胁迫)的反应中起重要作用.     

植物双组分信号系统

植物中存在着一种双组分信号系统,该系统由组氨酸蛋白激酶,HPt蛋白和反应调节器组成,它参与乙烯,细胞分裂素等的信号转导,并且与光敏色素信号产生有关。     

拟南芥植物中的双组分信号系统

双组分信号系统是普遍存在于原核和真核细胞中,在进化上较保守的信号转导系统,主要由组氨酸蛋白激酶和应答调控器组成。双组分信号系统在植物的生长和发育中起非常重要的作用。随着拟南芥基因组测序的完成和功能基因组的深入研究发现,在拟南芥基因组中有55种参与双组分信号系统磷酸传递的蛋白。本文应用生物信息学的基本手段,如序列比较、多个序列比对、系统进化树分析、跨膜区分析、二级结构预测等,对这些蛋白进行系统分类,结构分析,并对在信号转导中已知功能的蛋白进行归类总结,便于人们了解双组分信号系统的作用机制及其在植物中的功能。     

铜绿假单胞菌的双组分系统

双组分系统是存在于原核和少部分真核生物细胞中的信号转导系统,主要由组氨酸蛋白激酶和反应调节蛋白组成,通过感应外界环境信号、信号输入、磷酸基团传递、信号输出等环节调节基因表达,使细胞能更加适应环境变化。铜绿假单胞菌为条件致病菌,其双组分系统构成多样、功能复杂且参与介导耐药性产生,因此铜绿假单胞菌的双组分系统日益引起人们关注。本文对铜绿假单胞菌双组分系统的组成、信号转导机制、种类、研究方法及其临床意义进行了综述。     

影响肺炎链球菌感受态形成的双组分系统

肺炎链球菌在生长过程中可自发形成感受态,从而改变自身的毒力和生存能力,以适应环境的变化。肺炎链球菌的部分双组分系统与其感受态形成密切相关,对相关双组分系统的研究可为进一步探索肺炎链球菌感受态形成机制、深入理解肺炎链球菌的致病机制和耐药机制提供理论依据。     

双组分系统——细胞识别渗透胁迫信号的感应器

双组分系统是广泛存在于原核和真核细胞中的信号转导系统.主要由组氨酸蛋白激酶(HPK)和响应调节蛋白(RR)两个组分组成. 双组分系统信号通路一般包括信号的输入、HPK自身磷酸化、RR磷酸化、信号输出等环节.对双组分系统信号转导机制及其在渗透胁迫信号识别和传导中的作用进行了综述.     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

细胞分裂素:代谢、信号转导、交叉反应与农艺性状改良

在高等植物中,细胞分裂素通过对细胞分裂与分化的调节而广泛参与了对植物生长发育的调控。在过去的10余年,利用模式植物拟南芥的研究,在阐明细胞分裂素的代谢、转运与信号转导等方面取得了重要的进展。同时,关于细胞分裂素与其它信号途径之间存在的广泛交叉反应也受到了人们的注意。根据我们现有的知识,细胞分裂素信号转导是通过磷酸基团在一个双元组分系统之间的系列传递而完成的,该过程被称之为“磷酸接力传递”（phosphorelay）。细胞分裂素与其它信号途径的互作可能也主要是通过双元组分系统链接的。双元组分系统中目前已知的主要信号元件不仅表现出功能冗余性,同时在调控特定的植物生长发育过程时也具有特异性。本文在对细胞分裂素的代谢与转运过程简要评述的基础上,对其信号转导以及与其它信号途径间交叉反应的研究进展进行重点讨论,并展望细胞分裂素研究对重要农业性状改良的意义。     

细胞分裂素: 代谢、信号转导、交叉反应与农艺性状改良

在高等植物中, 细胞分裂素通过对细胞分裂与分化的调节而广泛参与了对植物生长发育的调控。在过去的10余年, 利用模式植物拟南芥的研究, 在阐明细胞分裂素的代谢、转运与信号转导等方面取得了重要的进展。同时, 关于细胞分裂素与其它信号途径之间存在的广泛交叉反应也受到了人们的注意。根据我们现有的知识, 细胞分裂素信号转导是通过磷酸基团在一个双元组分系统之间的系列传递而完成的, 该过程被称之为“磷酸接力传递”(phosphorelay)。细胞分裂素与其它信号途径的互作可能也主要是通过双元组分系统链接的。双元组分系统中目前已知的主要信号元件不仅表现出功能冗余性, 同时在调控特定的植物生长发育过程时也具有特异性。本文在对细胞分裂素的代谢与转运过程简要评述的基础上,对其信号转导以及与其它信号途径间交叉反应的研究进展进行重点讨论, 并展望细胞分裂素研究对重要农业性状改良的意义。     

乳酸乳球菌双组分系统调控有氧呼吸的研究

【背景】乳酸乳球菌作为食品行业的代表性菌株,如何通过双组分系统响应环境因子与代谢调控的分子机制研究,对发酵食品产业和益生菌制剂行业有着重要的意义。【目的】探究乳酸乳球菌双组分系统对有氧呼吸代谢调控的相关网络,为乳酸菌适应性代谢研究提供新思路。【方法】采用生物信息学方法,系统性地分析乳酸乳球菌双组分系统组氨酸激酶和反应调节因子的结构域组成及预测双组分系统功能,筛选出与有氧呼吸有潜在联系的双组分,并进一步通过基因转录表达和非靶向代谢组学验证。【结果】以乳酸乳球菌的代表菌株NZ9000为例构建相互作用蛋白网络,显示双组分系统与丙酮酸代谢网络关键连接点为丙酮酸铁氧还蛋白氧化还原酶(nifJ)。在不同的生长时期,Lactococcus lactis NZ9000双组分转录表达在延滞期变化显著。与厌氧培养相比,有氧培养和有氧呼吸培养的菌体双组分呈现下调趋势。双组分系统参与乳酸菌氧化应激和血红素胁迫过程。【结论】明确乳酸乳球菌参与有氧呼吸的双组分系统以及代谢通路,有助于提高发酵剂、益生菌剂的存活率和竞争力。     

Genome-Wide Analysis of Two-Component Systems and Prediction of Stress-Responsive Two-Component System Members in Soybean

In plants, the two-component systems (TCSs) play important roles in regulating diverse biological processes, including responses to environmental stress stimuli. Within the soybean genome, the TCSs consist of at least 21 histidine kinases, 13 authentic and pseudo-phosphotransfers and 18 type-A, 15 type-B, 3 type-C and 11 pseudo-response regulator proteins. Structural and phylogenetic analyses of soybean TCS members with their Arabidopsis and rice counterparts revealed similar architecture of their TCSs. We identified a large number of closely homologous soybean TCS genes, which likely resulted from genome duplication. Additionally, we analysed tissue-specific expression profiles of those TCS genes, whose data are available from public resources. To predict the putative regulatory functions of soybean TCS members, with special emphasis on stress-responsive functions, we performed comparative analyses from all the TCS members of soybean, Arabidopsis and rice and coupled these data with annotations of known abiotic stress-responsive cis-elements in the promoter region of each soybean TCS gene. Our study provides insights into the architecture and a solid foundation for further functional characterization of soybean TCS elements. In addition, we provide a new resource for studying the conservation and divergence among the TCSs within plant species and/or between plants and other organisms.     

Split Histidine Kinases Enable Ultrasensitivity and Bistability in Two-Component Signaling Networks

Bacteria sense and respond to their environment through signaling cascades generally referred to as two-component signaling networks. These networks comprise histidine kinases and their cognate response regulators. Histidine kinases have a number of biochemical activities: ATP binding, autophosphorylation, the ability to act as a phosphodonor for their response regulators, and in many cases the ability to catalyze the hydrolytic dephosphorylation of their response regulator. Here, we explore the functional role of “split kinases” where the ATP binding and phosphotransfer activities of a conventional histidine kinase are split onto two distinct proteins that form a complex. We find that this unusual configuration can enable ultrasensitivity and bistability in the signal-response relationship of the resulting system. These dynamics are displayed under a wide parameter range but only when specific biochemical requirements are met. We experimentally show that one of these requirements, namely segregation of the phosphatase activity predominantly onto the free form of one of the proteins making up the split kinase, is met in Rhodobacter sphaeroides. These findings indicate split kinases as a bacterial alternative for enabling ultrasensitivity and bistability in signaling networks. Genomic analyses reveal that up 1.7% of all identified histidine kinases have the potential to be split and bifunctional.     

植物糖感知和糖信号传导

糖在植物的生命周期中具有重要作用,它不仅是一种能量来源和结构物质,同时还是一种信号分子,它调控植物的生长发育和基因表达.本文综述了植物糖感知和糖信号传导的不同机制和遗传基础,以及糖信号和激素信号间的相互关系.