刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

细胞粘附分子P-selectin功能片段在CHO细胞表面的锚定表达

为了筛选出针对细胞粘附分子P-selectin的特异性抗体, 克隆了P-selectin功能性基因片段, 使其通过糖基化磷脂酰肌醇(GPI)锚定表达于真核细胞的细胞膜上, 以用作筛选的抗原。提取人血小板的总RNA, RT-PCR扩增出P-selectin目的基因片段, 同时用重叠延伸PCR的方法合成细胞膜锚定信号肽GPI基因; 将二者按上下游顺序插入含有弱化neo基因的真核表达载体pMCEw2中; 并将构建的重组质粒pMCEw2-GPI-P-selectin转染CHOdhfr-细胞, G418筛选获得阳性细胞株, 利用ELISA、免疫印迹和免疫荧光法检测P-selectin的表达。实验证实了P-selectin在细胞膜上获得稳定表达。为进一步进行抗P-selectin的特异性抗体的筛选提供了必要前提。     

GABA/孕酮激发豚鼠精子聚磷酸肌醇降解及其在顶体反应中的作用

为了研究GABA/孕酮(P₄)激发精子聚磷酸肌醇(PPI)降解及其在顶体反应(AR)中的作用,将豚鼠精子在MCM培养基获能培养5.5 h,³²P-标记精子1h,经Percoll密度梯度离心洗涤,然后以AR刺激剂激发精子AR,并对精子膜脂进行提取、分离和鉴定,同时,以相差显微镜评价精子AR%.结果为:(i)GABA刺激二磷酸磷脂酰肌醇(PIP₂)和一磷酸磷脂酰肌醇(PIP)迅速降解,而磷脂酸(PA)增加;在5min时PIP₂和PIP明显下降,10min几近完成,而AR明显滞后,15min才达到峰值;(ii)A23187,P₄和GABA均可激发PPI降解和AR增加,其能力依次为A23187＞P₄≥GABA;(iii)新霉素可明显地抑制Ca²⁺/GABA 或P₄及A23187刺激PIP₂和PIP降解、PA产生和AR增加;(iv)PPI降解需Ca²⁺参与.当EGTA或Ca²⁺通道阻滞剂(La³⁺)存在时,PIP₂和PIP降解,PA产生和AR升高均被明显抑制.上述结果表明,天然激动剂GABA或P₄刺激豚鼠精子膜PPI降解是引起AR的基础,该作用是通过Ca²⁺介导、激活膜磷脂酰肌醇特异磷脂酶C(PIC)而完成的.     

大豆快生根瘤菌SMH12效应蛋白NopP在共生固氮过程中的功能

【目的】研究Sinorhizobium fredii SMH12中的nopP在共生固氮过程中的功能,为深入解析根瘤菌效应蛋白的菌植互作机理提供线索,进而为大豆高效根瘤菌的遗传改良提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析nopP的结构特征,构建nopP缺失、过表达和互补菌株,并对其进行共生表型分析;通过qRT-PCR分析nopP在共生过程中的时空表达特征,测定在接野生型和突变体的冀豆17中NIN、ENOD40、PR1、PR2和PR5的表达量;采用激光共聚焦显微镜观察NopP的亚细胞定位。【结果】根瘤菌的NopP不包含任何已知功能域,与病原体的任何Avr效应物没有同源性。nopP缺失之后对冀豆17和中黄13的根瘤固氮酶活均有显著影响,在瘤数上对冀豆17有显著增加,表明nopP突变后促进其与冀豆17和中黄13的共生固氮。qRT-PCR显示,nopP在自生条件下少量表达,在共生条件下表达量显著升高,尤其在接菌2 d后表达量达到最高,显示该基因可能与根瘤菌早期侵染相关。此外,发现NopP在烟草叶片和大豆根中均定位于细胞膜和细胞核。接种突变体的冀豆17根中NIN的表达量升高1.2倍,PR5的表达量降低3.6倍。【结论】效应蛋白NopP在与大豆共生过程中,参与根瘤菌的早期侵染以及在根瘤菌与豆科宿主植物之间的免疫防御反应中发挥重要功能。     

在结瘤基因nodA启动子内发现了两个不同功能的结构区域

豌豆根瘤菌(Rhizobium Leguminosarum)结瘤基因nod A的启动子内发现了具有两个不同功能的结构区域：其一我们称为Rip在nodA诱导表达中起着关键作用,可能识别经诱导剂作用而发生构象变化的调控蛋自NodD;另一为Rip缺失后留下的,我们称为Rp区。只要Rp存在,不需要诱导荆,NodD蛋白即能导致结瘤基因nodA的表达。因此该区可能识别原始构象的调控蛋白NodD。     

紫云英根瘤菌的exo与nod基因在宿主结瘤过程中的协同作用

紫云英根瘤菌菌株107经转座子Tn5诱变的胞外多糖合成缺陷型变种(Exo~-),在共生性状方面的改变有四种类型。我们选用了仅在宿主根部形成瘤状突起(Calli)的A类(NA-01,NA-02)、形成无效瘤(Nod~ ,Fix~-)的B类(NA-12)及不结瘤的(Nod~-)D类(NA-14)中的四个突变株分别与消除了共生质粒的Exo~ Nod~-变种(热处理变种及ANU-1116)混合接种紫云英幼苗,观察到与D类变种配合的接种组仍不能结瘤,而与A,B两类变种配合的接种组均诱导宿主产生形态正常的无效根瘤,并且该无效瘤全部被Nod~-变种侵占。说明一个表型仍为Exo~ ,但失去共生质粒的Nod~-变种,可在一个含有该质粒的Exo~-变种的帮助下进入根瘤。这提示共生质粒上的结瘤基因(nod)仅与侵染过程的早期有关,瘤的发育尚需根瘤菌的其他基因,其中包括exo基因的参与。 此外,共生质粒缺失的三个异种根瘤菌突变株分别与紫云英根瘤菌Exo~-变种混合接种时,也都在紫云英根部诱导出无效瘤,并且从瘤中能分离到这三个异种菌。表明在最初的识别作用发生后,植物对共生菌的专一性要求有所降低。     

蛋白激酶B及其在磷脂酰肌醇3-激酶介导的信号转导中的作用

蛋白激酶Ｂ（ＰＫＢ）是原癌基因ｃ－ａｋｔ的表达产物,它参与由生长因子激活的经磷脂磷肌醇３－激酶（ＰＩ３Ｋ）介导的信号转导过程。与许多蛋白激酶相似,ＰＫＢ分子具有一特殊的ＡＨ／ＰＨ结构域（ＡＨ／ＰＨｄｏｍａｉｎ）,后者能介导信号分子间的相互作用。ＰＫＢ是ＰＩ３Ｋ直接的靶蛋白。ＰＩ３Ｋ产生的脂类第二信使ＰＩ－３,４,Ｐ２和ＰＩ－３,４,５－Ｐ３等均能与ＰＫＢ和磷酸肌醇依赖性蛋白激酶（ＰＤＫ）的ＡＨ／Ｐ     

病毒蛋白脂酰化及其功能

脂酰化是一种重要的蛋白翻译后修饰,主要包括棕榈酰化、豆蔻酰化、异戊烯化和糖基化磷脂酰肌醇(GPI)共价结合4种方式。不同的病毒蛋白可发生不同类型的脂酰化,其生物学功能也会发生相应改变。棕榈酰化通常能增强病毒跨膜蛋白的疏水性,调节这些蛋白的胞内运输及定位,进一步影响病毒感染过程中的膜融合、病毒颗粒装配及释放等步骤。豆蔻酰化则可调控病毒蛋白表面的正电荷强度,使病毒蛋白与脂质膜的亲和力改变,如preS1豆蔻酰化加强乙型肝炎病毒(HBV)和丁型肝炎病毒(HDV)的受体识别能力及感染性,而人类免疫缺陷病毒(HIV)Nef豆蔻酰化为病毒感染及免疫应答所必需。异戊烯化能使病毒游离的蛋白与膜结合,并介导蛋白间的相互作用,如大HDV抗原(L-HDAg)异戊烯化有利于其运输至内质网膜上,与HBV表面抗原(HBsAg)及HDV RNA共同形成HDV颗粒。此外,一些病毒蛋白与GPI通过共价结合形成复合物,GPI基团可改变感染细胞的膜结构及胞质内磷脂构成,如GPI与朊蛋白(PrP)结合导致细胞型朊蛋白(PrPc)交联或羊痒疫朊蛋白(PrPsc)聚集,与朊病毒引起的海绵样病变有关。进一步了解病毒蛋白脂酰化机制,有利于设计和开发以此为靶点的特异性抗病毒新药。     

PIP5KIC在自噬体形成过程中的重要作用

自噬（autophagy）是一种在真核生物中十分保守的溶酶体依赖性降解途径,它通过形成双层膜结构包裹胞内堆积的蛋白质和受损细胞器并将其运送到溶酶体中进行降解。在实验中发现,一型磷脂酰肌醇4-磷酸5-激酶C亚型（type I phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase isoform C,PIP5KIC）会参与到自噬过程中。在哺乳动物细胞中,敲低一型磷脂酰肌醇4-磷酸5-激酶C亚型会造成欧米茄体（omegasome）的形状异常,进而造成自噬水平的降低。同样,在酵母中敲掉其同源物磷脂酰肌醇5-激酶Mss4后也会导致类似的现象。因此,推测一型磷脂酰肌醇4-磷酸5-激酶C亚型在自噬体的生成中起着很重要的作用。     

酿酒酵母肌醇转运蛋白突变体的构建及其在葡萄糖二酸合成中的应用

【背景】酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)自身具有高亲和力的肌醇转运蛋白Itr1,前期构建的酿酒酵母工程菌在合成葡萄糖二酸时可通过Itr1蛋白对外源肌醇进行转运。但肌醇会诱导Itr1蛋白的降解,因此对外源肌醇的低转运效率限制了葡萄糖二酸产量的进一步提高。【目的】研究肌醇转运蛋白Itr1的N端和C端潜在的泛素化位点-赖氨酸残基突变对该蛋白降解的影响,并进一步分析这些突变体对酿酒酵母细胞摄取胞外肌醇的能力和葡萄糖二酸生物合成的影响。【方法】使用融合PCR方法将不同基因元件进行融合,得到用于基因组整合的片段。再通过同源重组在酿酒酵母基因组上整合这些片段,分别构建含Itr1突变体、含Itr1和绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)融合蛋白的工程菌。通过荧光显微镜观察确定融合蛋白的膜定位情况,高效液相色谱(HPLC)方法检测葡萄糖二酸的合成情况,转录组测序和实时荧光定量PCR方法检测胞内基因转录水平的变化。【结果】发现了C端突变对Itr1蛋白降解具有明显的弱化作用,在发酵条件下,N端突变菌株中Itr1蛋白膜定位完整的细胞比例在短期内也有所增加。摇瓶发酵过程中N端突变菌株的葡萄糖二酸产量和菌体生物量较对照菌株都明显提高。进一步发现N端突变菌株中基因ino1、inm1被上调,pis1的表达被下调,提高了胞内肌醇的积累并促进了肌醇流向葡萄糖二酸合成的代谢流。在此基础上,进一步进行发酵条件优化,葡萄糖二酸产量达到3.30 g/L,较对照菌株提高了95.3%。【结论】本研究确定了C端突变对肌醇转运蛋白Itr1降解的弱化作用,并发现N端突变可以促进葡萄糖二酸产量的提高,为深入研究肌醇利用及进一步提高葡萄糖二酸产量奠定了理论基础。     

Invasive Robinia pseudoacacia in China is nodulated by Mesorhizobium and Sinorhizobium species that share similar nodulation genes with native American symbionts

The aim of this work is to describe the diversity of potentially symbiotic bacteria associated with the invasive introduced legume Robinia pseudoacacia in China. Thirty-three isolates from 33 separate trees and nodules were characterized using restriction length fragment polymorphism and sequencing of 16S rRNA, nodA, nodC and nifH genes. Their 16S rRNA gene patterns and sequences placed them in three clades: 85% of isolates were related to the Mesorhizobium mediterraneum/temperatum group, whereas the remaining were similar either to Mesorhizobium amorphae or to Sinorhizobium meliloti . However, despite their diverse taxonomic positions, the nodA, nodC and nifH genes' phylogenies indicated that these R. pseudoacacia symbionts share similar symbiosis genes, implying gene transfers and a degree of host specificity. Comparison of R. pseudoacacia symbiotic diversity in native and other invaded areas suggests that most Chinese symbionts may not have arrived with the seed but were local bacteria that acquired specific symbiotic genes from native American rhizobia.     

刺槐叶绿素荧光特性的研究

用L I-6400光合仪对黄土高原常用造林树木刺槐的叶绿素荧光动力学曲线、淬灭分析、荧光光曲线以及荧光AC I曲线等生理特性进行测定和对比分析.结果表明:随着光照时间的加大,刺槐的荧光参数ETR、qP和N PQ逐渐上升并在21 m in左右达到稳定,与光合同步.最大荧光产量F m在叶片转入黑暗后逐渐上升,在44 m in左右趋于稳定;N PQ则开始下降,在35 m in左右达到稳定.当光强度>200μm o l.m-2.s-1时,Ph iPS2和Ph iCO2呈线性正相关,而当光强度<200μm o l.m-2.-s 1时,Ph iPS2和Ph iCO2呈线性负相关.CO2浓度和刺槐的荧光光合速率、Ph iPS2、Ph iCO2值存在着一定的正相关关系.     

刺槐林下菌根真菌资源的调查、分离及回接

植物与微生物的共生体在长期协同进化的过程中形成了对各种胁迫的适应性。在北方干旱、半干旱的逆境条件下植物生长除受水分制约外 ,氮、磷元素的供应也是重要的限制性因子。固氮植物可以通过根瘤进行固氮作用弥补氮源不足 ,而菌根能够提高宿主植物对磷元素的吸收。研究表明 ,植物感染菌根后可以提高宿主的抗旱性、抗盐碱性、抗重金属毒害、抗极端湿度、抗极端 ｐＨ等的能力[1]。近年来 ,菌根技术被应用于营林实践中 ,在进行某些树种造林时 ,利用人工接种外生菌根真菌的方法 ,已取得初步的成功[2 ]。在我国广大农村 ,薪材在能源消费中占有重…     

刺槐根瘤菌的表型多样性研究

从杨陵地区采集豆科树种刺槐的根瘤,经分离、纯化,获得40株未知菌株,并选取35株参比菌株,进行唯一碳源、氮源利用、对抗生素和染料的抗性、耐盐性、初始pH生长、生长温度范围及石蕊牛奶反应等共105项生理生化测定。结果表明：供试的刺槐根瘤菌在碳、氮源利用、抗生素敏感性、对染料的抗性程度等方面存在着差异。部分菌株具有较强的耐盐碱能力,其中42．5％的菌株能耐受3.0％的NaCl,17．5％的菌株可在初始pH12的YMA培养基上生长。从数值分类树状图可见,在86％的相似水平上未知菌株构成了3个新的类群,其中第1、2类群各有10株菌,中心菌株分别为NWYC113和NWYCl29,第3类群有7株菌,中心菌株为NWYC147。其分类地位需进一步研究和确定。     

Developmental patterns in rat brain of phosphatidylinositol synthetic enzymes and phosphatidylinositol transfer protein

Phosphatidylinositol synthetic and intermembrane transfer activities were studied in rat in the developing whole brain and isolated cerebellum. Specific activities of CTP: phosphatidate cytidylyltransferase and CDPdiacylglycerol: inositol phosphatidyltransferase were found to have similar developmental patterns. Levels of phosphatidyltransferase seen in fetal animals (whole brain only) and neonatal (whole brain and cerebellum) were maintained through approximately postnatal day 15, peaked at day 28, and then declined to somewhat higher than fetal levels at day 60. Cytidylyltransferase activity varied from the phosphatidylinositol synthesizing enzyme in that specific activity continued to increase up to day 60. Whole brain phosphatidylinositol transfer specific activity showed a sharp peak at postnatal day 9 after which activity was maintained at or above the fetal levels to day 60. Cerebellum phosphatidylinositol transfer specific activity had a similar peak which was delayed 7–10 days compared to the whole brain. Phosphatidylinositol transfer protein was also determined immunologically: whole brain levels increased dramatically from fetal day 16 to 18 and then remained relatively constant, while cerebellum levels (measured from postnatal day 7) displayed a variable profile between days 7 and 28. The developmental pattern of CTP: phosphatidate cytidylyltransferase in rat brain is reported here for the first time.     

生态环境对刺槐根瘤菌共生体系的影响

刺槐(Robinia pseudoacacia)是我国营造用材林、能源林的树种,又是豆科固氮树种。刺槐根瘤菌共生体所固定的氮,是刺槐树木生长所需氮的绝大部分。为提高刺槐固氮和增加生物量的潜力,作者探讨了生态条件对刺槐根瘤菌共生体的效应,为其广泛应用提供科学依据。     

接种根瘤菌对刺槐生长的影响

以刺槐根瘤菌接种于刺槐小苗的研究表明,接种刺槐的株高、地径、根瘤、生物量分别比对照平均增加１３．８、１４．７、３２．８、２４．８％,植株含Ｎ量比对照增加２０－４０％。液体根瘤菌剂及其与ＶＡ菌根孢子土双种接效果明显,其生物量分别增加约２０和４０％。     

Formation of heartwood substances in the stemwood of Robinia pseudoacacia L. II. Distribution of nonstructural carbohydrates and wood extractives across the trunk

Summary The distributions of reserve carbohydrates and of three dominant heartwood extractives were determined in the trunkwood of Robinia pseudoacacia L. The trees were cut at different times of the year (September, November, January, and April). With the exception of the tree felled in January, all trunks exhibited highest contents of nonstructural storage carbohydrates (glucose, fructose, sucrose, and starch) in the youngest, outermost sapwood zone. With increasing depth of the trunk, the levels of carbohydrates decreased. At the sapwood-heartwood transition zone, only trace amounts of nonstructural carbohydrates were present. The heartwood itself contained no storage material. The wood zones of different ages of the trees cut in September, November, and January exhibited glucose/fructose ratios of approximately 1. In April, however, there was a shift to glucose. In the youngest sapwood the amounts of soluble sugars were higher in the earlythan in the latewood. Older zones of the sapwood and the sap-wood-heartwood transition zone showed the opposite behaviour. Three main wood extractives of Robinia were characterized and quantified: the flavanonol dihydrorobinetin (DHR), the flavonol robinetin (ROB) and a hydroxycinnamic acid derivative (HCA). Only DHR was present — in very low amounts — in the younger sapwood of all trunks investigated. Higher amounts (>1 mol/g dry weight) of this compound and the HCA were present in the sapwood-heartwood transition zone. DHR augmented within the heartwood up to a more or less constant level. HCA increased towards the heartwood and decreased again in the inner heartwood parts. ROB appeared in the innermost parts of the sapwood-heartwood transition zone and reached maximum values in older parts of the heart-wood. The results indicate that starch is hydrolyzed at the sapwood-heartwood boundary and thus represents a primary major source of hydroxycinnamic acid and flavonoid synthesis.Dedicated to Prof. Meinhart H. Zenk on the occasion of his 60th birthday