古细菌Rubisco的研究进展

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)是CO2固定的关键酶,决定光合作用的净效率。近年来,研究人员在古细菌中发现了新类型的Rubisco,综述了近年来有关古细菌Rubisco的一些研究进展,包括Rubisco的结构、基因与功能、基本性质、酶的定点突变及其活化等。     

羊草光合作用相关基因的克隆与分析

在构建了羊草叶片cDNA文库的基础上,利用M13载体通用引物筛选其亚文库,挑选阳性克隆进行测序,将测序结果在NCBI基因库中进行比对,得到一个Rubisco大亚基基因全长序列和Rubisco小亚基基因部分序列,并对其核苷酸及其编码的氨基酸序列进行分析。结果显示,Rubisco大亚基基因长度为1 796 bp,与禾本科大麦、小麦、野雀麦、粗山羊草、旱麦草、异形花草、黑麦等的核苷酸序列同源性达98%以上;羊草的Rubisco小亚基基因部分序列含有一个开放阅读框,其长度为186 bp,编码61个氨基酸,与禾本科的小麦、大麦、燕麦、黑麦以及扁穗雀麦Rubisco小亚基基因氨基酸序列的同源性分别为93%、93%、91%、91%、92%。羊草Rubisco基因的克隆与分析有利于进一步研究其光合作用效率。     

Rubisco和RCA在青菜叶绿体中的分布及病毒侵染对其细胞定位的影响

运用免疫金标电镜术观察了青菜叶细胞中光合作用关键酶Rubisco和Rubisco活化酶(RCA)的细胞化学定位,结果显示Rubisco和RCA免疫金颗粒主要分布于薄壁组织叶绿体的间质中,在基粒片层上很少,表皮的气孔保卫细胞和维管束薄壁细胞叶绿体内也有分布,在细胞质及线粒体等细胞器中无特异性分布。同时比较观察了感染芜菁花叶病毒(TuMV)的青菜叶绿体Rubisco和RCA免疫金标记结果,发现病组织中结构尚完整的叶绿体Rubisco和RCA标记率略有下降,而结构严重破坏的叶绿体中两种酶标记率分别仅为正常叶绿体的58.44%和64.67%,表明病毒侵染可导致Rubisco和RCA含量下降,影响寄主植物的光合作用。     

Rubisco和RCA在青菜叶绿体中的分布及病毒侵染对其细胞定位的影响

运用免疫金标电镜术观察了青菜叶细胞中光合作用关键酶Rubisco和Rubisco活化酶(RCA)的细胞化学定位,结果显示Rubisco和RCA免疫金颗粒主要分布于薄壁组织叶绿体的间质中,在基粒片层上很少,表皮的气孔保卫细胞和维管束薄壁细胞叶绿体内也有分布,在细胞质及线粒体等细胞器中无特异性分布。同时比较观察了感染芜菁花叶病毒(TuMV)的青菜叶绿体Rubisco和RCA免疫金标记结果,发现病组织中结构尚完整的叶绿体Rubisco和RCA标记率略有下降,而结构严重破坏的叶绿体中两种酶标记率分别仅为正常叶绿体的58．44％和64．67％,表明病毒侵染可导致Rubisco和RCA含量下降,影响寄主植物的光合作用。     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼叶叶绿素荧光和Rubisco活化酶的影响

选用小麦‘ML7113’品种为材料,人工模拟He-Ne激光(5mJ·s-1·mm-2)、增强UV-B(10.8kJ·m-2·d-1)辐射及两者复合辐照进行处理,利用叶绿素荧光仪、考马斯亮蓝G-250染色法和PCR技术研究7d龄小麦幼苗叶绿素荧光特性、Rubisco活化酶含量、基因表达量及其基因序列的变化。结果表明:(1)与对照组相比,增强UV-B辐射后,小麦幼苗叶绿素荧光特性减弱,Rubisco活化酶含量及其基因表达量均下降;而低剂量的He-Ne激光辐照后能够在一定程度上修复经UV-B辐射后对小麦幼苗叶绿素荧光特性所造成的损伤,且使Rubisco活化酶含量及其基因表达量上升。(2)与对照组相比,经He-Ne激光和增强UV-B辐射以及两者复合辐照处理后基因序列均出现两个相同的点突变,但并未造成氨基酸序列的变化。研究认为,低剂量He-Ne激光辐照能够在一定程度上修复受UV-B辐射小麦幼苗叶绿素荧光活性、Rubisco活化酶含量及其基因表达量的降低;He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗Rubisco活化酶活性的影响可能发生在其转录水平,从而使小麦光合能力发生相应的变化。     

阴生植物三七稳态和动态光合特性对氮水平的响应

氮(N)对植物光合作用至关重要。阴生植物在自然生长条件下,接受的是高度动态的光照。然而,探讨N水平对阴生植物动态光照下的光合调控作用的研究相对较少。为了阐明N对阴生植物动态光合作用的调控机制,该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料,设置了低氮(LN, 112.5 kg·hm^–2)和高氮(HN,450.0kg·hm^–2)2个N水平,研究动态光和稳态光条件下植株叶片的光合气体交换参数及卡尔文循环酶蛋白的活性和数量。结果表明单位叶面积氮含量(Narea)与光照60s的诱导状态(IS60)负相关,与达到光合作用稳态90%所需的时间(tP90)和达到光合作用稳态100%所需的时间(tP-steady)正相关,表明Narea并不是通过影响核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的总活性来调控光诱导反应。短时间的低光间隔对Rubisco活性影响不显著,但明显降低了果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)的活性;当高光照光斑突然出现时, Rubisco活性不受影响,但是S...     

外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦Rubisco及其活化酶的影响

以抗旱品种‘晋麦47’和干旱敏感品种‘郑引1号’为材料,通过室内水培试验研究了外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦叶片净光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)含量和相关基因表达特性的影响。结果表明:(1)外源海藻糖和渗透胁迫均能显著增加2个小麦品种叶片海藻糖含量。(2)渗透胁迫显著降低了2个品种小麦叶片的净光合速率,而外源海藻糖能显著缓解受胁迫小麦叶片净光合速率的降低幅度。(3)渗透胁迫仅使‘郑引1号’Rubisco大亚基基因(rbcL)相对表达量及相应蛋白含量显著降低;渗透胁迫显著降低了小麦RCAα和β亚基基因相对表达量,并显著降低RCA蛋白含量,而外源海藻糖不能缓解RCA蛋白含量的降低;渗透胁迫显著降低了Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性,而外源海藻糖则能显著缓解上述酶活性的下降。(4)小麦叶片净光合速率与其rbcL、RCAα和β亚基基因相对表达量及Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性均呈极显著正相关关系。研究发现,在渗透胁迫条件下,外源海藻糖主要从翻译后层面对小麦叶片Rubisco和RCA的活性发挥显著保护作用,从而缓解了小麦净光合速率的降低。     

碳酸氢钾对大豆幼苗光合作用的影响

研究喷洒碳酸氢钾(KHCO3)对大豆幼苗叶片光合作用影响的结果表明,喷施KHCO3的大豆幼苗光合速率和核酮糖.1,5二磷酸羧化/氧化酶(Rubisco)羧化活性提高,加氧酶活性下降,PSI、PSII和光合电子传递速率均提高,光合色素含量也增加.     

小麦(Triticum aestivum L.)野生资源的发掘、利用研究进展

小麦是世界主要的粮食作物,其生产面积居谷类作物之首。由于长期的定向选择,小麦遗传多样性不断降低,品种间杂交难以选育出抗性和综合性状优良的突破性品种。然而小麦近缘种如黑麦(Secale)、簇毛麦(Haynaldia)和偃麦草(Elytrigia)等包含很多优异基因,并且与小麦基因组间具有很好的互补性。可见远缘杂交在世界小麦育种实践中发挥了重要的作用。综述了小麦近缘野生资源的多样性、近缘野生种的利用方法和存在问题等的研究进展,讨论了小麦野生资源在小麦遗传改良的重要性和发展方向,以期为小麦优良品种培育及其遗传研究提供参考。     

两种基因型小麦光合作用对NaHSO3响应的差别

两种不同基因型小麦京411(J411,北京地区高产小麦品种)和小偃54(X54,一种远源杂交品种)的光合作用对低浓度NaHS03处理的响应不同。NaHS031mmol／L处理能够提高京411在CO2浓度为350和900μL／L的空气中的净光合速率;而对小偃54,在这两种情况下的净光合速率均无明显影响。以往的研究表明NaHS03促进光合作用的原因类似于PMS(Phenazine methosulfate),都是增加了ATP的合成。此文再次证明并发现经过NaHS031mmol／L处理后,京411叶片作用光关闭后叶绿素荧光瞬时上升的幅度提高,远红光后P700^ (reaction center cholorophyll of PSI)再还原的半时间缩短,表明NaHS03可以促进小麦京411中围绕PSI循环电子传递及其耦联的磷酸化。然而,NaHS03对小偃54的作用光关闭后叶绿素荧光瞬时上升的幅度及远红光后P700^ 再还原的半时间均无明显影响。与小麦京411相比较,小偃54的作用光停止后叶绿素荧光瞬时上升的幅度增大,而且其在远红光后P700^ 再还原的半时间更短,表明小偃54的循环电子传递的能力远高于京411的。两种不同基因型小麦对NaHS03的响应不同很可能是由于二者在循环电子传递能力上有很大的差别。     

小麦Rubisco 活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶, 我们利用PCR技术, 从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段, 该片段长度为850 bp, 编码201个氨基酸。Northern blot表明, 小麦叶片在暗诱导衰老的条件下, 叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降; 同时, 小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势。这些结果表明, 衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关。     

CsRCA超表达对高温胁迫下黄瓜幼苗光合作用的影响

以CsRCA超表达黄瓜株系T1-7、T1-2和野生型‘08-1’为试材,在三叶一心时用光照培养箱模拟高温环境[40℃,光量子通量密度(PFD)600μmol·m~(-2)·s~(-1)],研究了CsRCA超表达对高温胁迫下黄瓜幼苗光合作用的调控机理.结果表明:CsRCA超表达可显著提高转基因黄瓜幼苗核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)大、小亚基的mRNA表达量,Rubisco和Rubisco活化酶(RCA)活性亦显著高于野生型植株.高温胁迫2 h后,超表达和野生型黄瓜幼苗的光合速率(P_n)、以吸收光能为基础的光化学性能指数(PIABS)、Rubisco活性和RCA活性及其mRNA表达量均显著降低.经JIP-test分析发现,高温胁迫导致叶绿素荧光快速诱导动力学曲线中K点明显上升,而捕获的激子将电子传递到电子传递链中Q_A下游的其他电子受体的概率(Ψ_o)和用于电子传递的产额(φ_(E0))均显著下降,说明PSⅡ放氧复合体(OEC)和Q_A之后的电子传递链在高温下受到抑制,但是超表达植株的变化幅度要小于野生型植株.可见CsRCA超表达可以通过提高Rubisco、RCA和PSⅡ活性,缓解高温对黄瓜幼苗光合作用的影响,增强其对高温的适应性.     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

CO2浓度对条浒苔Rubisco酶聚集蛋白核的影响

以生长快速、细胞具多个蛋白核的大型海藻条浒苔作为材料研究CO2浓度对条浒苔Rubisco酶在蛋白核和叶绿体基质之间迁移的影响.应用金标免疫电镜分子定位技术对Rubisco酶集中蛋白核程度进行数值化分析.电镜下可观察到标记Rubisco的金颗粒大部分集中分布在蛋白核中.根据Morita(1997)提出的方法,设定PR-ratio值(蛋白核内分布的Rubisco酶总量与蛋白核外类囊体基质中的Rubisco酶总量之比)作为衡量Rubisco集中蛋白核程度的分析指标.不同CO2浓度对于Kubisco酶分布的长期影响和短期影响研究均显示CO2浓度升高时,Rubisco倾向于向叶绿体基质中扩散;CO2浓度较低或无CO2培养时,Kubisco酶不断向蛋白核中集中.研究结果显示,蛋白核可能在光合作用和CCM机制中具有重要作用.     

小麦Rubisco活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶,我们利用PCR技术,从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段,该片段长度为850 bp,编码201个氨基酸.Northern blot表明,小麦叶片在暗诱导衰老的条件下,叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降;同时,小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势.这些结果表明,衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关.     

海洋浮游植物Rubisco 酶的作用及其影响因素研究进展

1, 5 -二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco 酶)广泛存在于植物及一些微生物体内, 是植物中含量最高的可溶性蛋白。Rubisco 酶不仅可以调节浮游植物的光合作用和光呼吸作用, 同时也是还原戊糖磷酸循环的关键酶。生态学上Rubisco 的研究热点主要集中在其对重要环境变化如臭氧层空洞、海水酸化、海水富营养化等的响应机制, 预测该酶对未来环境变化的适应能力。该文综述了近年来浮游植物Rubisco 酶功能和分类方面的研究进展, 以及主要营养因素、其他环境因素和两种因素共同作用对其活性和表达的影响机理, 以期为相关领域的深入研究提供基础资料。     

小麦叶片暗诱导衰老期间1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的降解(英文)

研究了小麦(Triticum aestivum L.cv.Yangmai 158)叶片暗诱导衰老过程中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco EC 4.1.1.39)的降解。发现在此期间Rubisco大亚基(LSU)发生裂解,产生50 kD的降解条带,同时在自然衰老过程中也检测到这一产物。初步实验结果表明LSU发生这步裂解时Rubisco全酶没有解离。另外,在粗酶液中当温度在30～35℃,pH7.5时,这一步裂解反应能有效进行。     

新疆地区小麦白粉病菌寄主范围的研究

用小麦白粉病菌11个生理小种的混合菌种,对新疆地区的小麦近缘植物的7个属22个种的47份材料进行接种,除6份免疫外,其余均接种成功.用其中6个属19个种的29份小麦近缘植物产生的白粉病菌,对小麦回接,参试的29份材料全部回接成功.小麦白粉病菌对小麦近缘植物的寄生像在小麦上一样,有明显的寄生专化性.感病的小麦近缘植物的78.0%对小麦白粉病菌的感病性,随生育期增长而急剧下降.文中并对小麦白粉病中间寄主的作用进行了讨论.     

小球藻Rubisco在叶绿体中的免疫金标定位

应用免疫技术对Rubisco在中国小球藻(Chlorellaspp.640909)叶绿体中进行了分子定位及Native-PAGE电泳、SDS-PAGE电泳及其Westen印迹分析,并对小球藻淀粉核(Pyrenoid)超微结构进行了观察.结果显示Native-PAGE电泳图谱主要为一条主带,Westen印迹反应证明该条带即为Rubisco酶,SDS-PAGE电泳及其Western印迹图谱显示Rubisco大亚基分子量大约为55kD.中国小球藻淀粉核为椭圆形,被淀粉鞘所包围,中央有一条由2个类囊体组成的纵向通道,并在蛋白核内段处稍膨胀.淀粉核与叶绿体基质存在多处联系.免疫分子定位显示Rubisco大亚基和全酶分子主要分布于叶绿体的淀粉核上,且Rubisco在淀粉鞘部位也有少量分布,极少部分分布在叶绿体基质中,表明叶绿体淀粉核与光合作用关系密切.Rubisco聚集于淀粉核可能有利于藻类对CO2固定.     

小麦叶片暗诱导衰老期间1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的降解

研究了小麦(Triticum aestivum L. cv.Yangmai 158)叶片暗诱导衰老过程中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco EC 4.1.1.39)的降解.发现在此期间Rubisco大亚基(LSU)发生裂解,产生50 kD的降解条带,同时在自然衰老过程中也检测到这一产物.初步实验结果表明LSU发生这步裂解时Rubisco全酶没有解离.另外,在粗酶液中当温度在30～35℃,pH 7.5时,这一步裂解反应能有效进行.