植物细胞壁伸展蛋白的功能与利用

伸展蛋白是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白,是植物细胞壁中重要的结构蛋白。伸展蛋白家族基因广泛存在于多种植物中,参与植物细胞壁网络结构形成与修饰、植物细胞伸长、根生长发育等过程,并且影响植物机械强度、倒伏抗性和各种逆境胁迫反应。本文拟从蛋白结构、进化关系、生物学功能等方面介绍植物伸展蛋白近期研究进展,并初步提出了此类基因在农作物和能源植物遗传改良中的利用。     

植物伸展蛋白的研究进展

伸展蛋白是高等植物细胞壁中一族富含羟脯氨酸的糖蛋白,在植物细胞壁中发挥着重要的生理功能。综述了近几十年对伸展蛋白结构、功能、基因家族以及生物合成与基因表达调节的研究进展。     

植物细胞壁中的伸展蛋白

随着实验技术的发展尤其是分子生物学技术的应用 ,植物细胞壁的研究已取得丰硕的成果。植物细胞壁中最重要的结构蛋白———伸展蛋白 ,是高等植物细胞壁中一族富含羟脯氨酸的糖蛋白 ,起强固细胞壁的作用。本文综述了近几十年对伸展蛋白的分离纯化、结构、生物合成、功能作用及其基因和表达的控制方面的研究     

参与植物天然免疫的LRR型蛋白

植物含有多种富含亮氨酸重复序列(LRRs)结构的蛋白质,它们在植物天然免疫中发挥着重要作用。参与植物防御反应的LRR型蛋白家族包括:类受体蛋白激酶、抗病基因编码蛋白质、多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白和伸展蛋白家族。最近,人们发现植物免疫系统包含:病原相关分子模式(PAMP)激发的免疫性(PTI),即类受体蛋白激酶识别病原菌PAMPs,启动植物防卫反应;病原菌效应子激发的免疫性(ETI),即抗病基因编码蛋白质识别效应子,启动植物防卫反应。除此之外,细胞壁是植物细胞的天然保护屏障。多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白和伸展蛋白通过维护细胞壁,抵御病原菌入侵。我们综述了植物中LRRs蛋白的结构特征与不同种类的LRR蛋白介导免疫反应的分子机制,讨论了LRR型蛋白在植物免疫过程中的意义及存在的问题,指出搜寻配体和下游信号分子将是LRR型蛋白研究热点。     

大豆幼苗下胚轴扩张蛋白的存在及其特性

用离体细胞壁伸展活性重组法,对大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅｍａｘ（Ｌ．）Ｍｅｒ．）幼苗下胚轴细胞壁特异性扩张蛋白的活性鉴定和特性研究结果表明,大豆幼苗下胚轴的延伸生长,既与扩张蛋白的活性升高有关,也与其细胞壁对扩张蛋白的敏感性增加有关;热钝化大豆下胚轴细胞壁的伸展活性,一旦被外源扩张蛋白所恢复,用酸性缓冲液（ｐＨ４．５）代替扩张蛋白提取液,伸展活性不受影响;但若换用中性缓冲液（ｐＨ６．８）,伸展活性丧失殆尽,且与活细胞壁一样,随缓冲液的交替更换而反复逆转;大豆和黄瓜幼苗扩张蛋白可以与其热钝化的细胞壁相互交叉重组。另外,重组的细胞壁伸展活性对扩张蛋白浓度和ｐＨ的依赖性,符合一般酶的催化特征,说明扩张蛋白不仅在植物细胞的延伸生长过程中起着极为重要的作用,而且还暗示植物细胞壁的内源伸展就是该蛋白介导的一种生物化学过程。     

伸展蛋白的分子间异二酪氨酸交联

自从Fry(1982)发现菠菜、假挪威槭等11种植物的愈伤组织细胞壁中存在由两个酪氨酸残基形成的异二酪氨酸(isodi-tyrosine,IDT)以来,伸展蛋白的交联作用一直是引人关注的研究课题(李雄彪与杨中汉1990)。根据初生细胞壁结构的经纬模型(Lamport和Epstein 1983),伸展蛋白不仅在分子内,而且在分子间存在IDT。悬浮培养的细胞,其伸展蛋白单体在培养早     

扩展蛋白与植物抗逆性关系研究进展

扩展蛋白是一种细胞壁蛋白,可调节细胞壁的松弛和伸展。目前研究表明,扩展蛋白几乎参与调节植物生长发育的整个进程。扩展蛋白还与植物的多种抗性反应有关,在植物对干旱、高盐以及病虫害等生物胁迫和非生物胁迫响应方面起着重要的调节作用。干旱胁迫下扩展蛋白基因的表达与植物的抗旱性有一定的关系;植物的耐盐性受到扩展蛋白基因表达的影响;淹水促进植物的伸长生长与扩展蛋白的表达密切相关;扩展蛋白调节细胞壁松弛为植物抗病性研究提供了新的思路。     

植物细胞壁松弛蛋白——膨胀素

膨胀素(expansin,也称作扩张素或扩张蛋白)是一种引起植物细胞壁松弛的蛋白质,在植物细胞伸展以及一系列涉及细胞壁修饰的生命活动中起着关键作用。膨胀素由多基因家族编码,目前的研究表明膨胀素超家族由4个基因亚家族构成。膨胀素存在于不同的种属植物中,并克隆了大量的扩张蛋白基因。综述了近年来国内外有关膨胀素基因和蛋白的结构特征及作用机制等方面的研究进展。     

伸展蛋白的结构、功能、交联和生物合成

伸展蛋白是细胞壁中一类富含羟脯氨酸、具有Ser-Hyp-Hyp-(X)-Hyp-Hyp特征性结构单位的糖蛋白。它们不仅是初生壁的重要结构成分,而且在细胞的防御及抗病抗逆性中起作用。伸展蛋白过氧化物酶能在体外将伸展蛋白单体交联成多聚体。酪氨酸残基参与交联并形成异二酪氨酸(IDT)。伸展蛋白的合成和翻译后修饰分别在细胞质和内质网等膜系统中进行。     

水通道蛋白研究动态

水通道蛋白是对水专一的通道蛋白,它普遍存在于动、植物及微生物中,不同水通道蛋白之间具有类似特征.哺乳动物中水通道蛋白主要分为六类,分布于水分代谢活跃的器官中;植物除了质膜上水通道蛋白外,液泡膜也存在着水通道蛋白,它们在植物生长,发育及胁迫适应中起着重要作用.目前有关水通道蛋白的详细的结构和功能信息主要来自对红细胞膜上水通道蛋白的研究,它由同源的四聚体组成,每个单体具有独立的水通道功能,四聚体在膜上分布具有不对称性,在膜内侧四聚体呈伸展状态,在膜外侧形成大的中心空腔.     

一种自动化的植物细胞壁伸展性能测定仪及其应用

应用实验室常用仪器和电子部件,包括直流稳压电源、等臂双盘天平、记录仪、恒流泵、程控仪、线性可变差动变压器（LVDT）、电磁间等,改装和配置成的植物细胞壁伸展性能测定仪,具有操作简便、测量准确和灵敏度高等优点;对大豆幼苗下胚轴生长区细胞壁的内源伸展活性和重组伸展活性的实测结果与文献报告相符,表明该仪器是一种较为理想的准确测定植物细胞壁伸展性能的自动化仪器。     

Expansin(细胞壁松弛蛋白)的发展

Expansin是一种体外诱导分离的植物细胞壁伸展的蛋白,在修饰细胞壁基础上使细胞膨胀。Expansin的功能众多,除了促进细胞生长,还包括影响营养生长、形态发生、授粉受精、果实软化等,并表现出高度的组织、器官和细胞特异性。目前已经在多种植物及其他一些生物范围内对expansin及类expansin序列和蛋白质进行了研究,并对它们的作用机制进行了探索。     

植物细胞壁研究进展

植物细胞壁是一种复杂的网状结构,其成分包含纤维素、半纤维素、果胶和少量的结构蛋白等。在植物细胞生长过程中,细胞能产生伸展素蛋白,打断纤维素和半纤维素之间的氢键,引起细胞膨压驱动的细胞壁扩张。成熟细胞壁扩张性的丧失是由于细胞壁硬化作用而对扩张性蛋白的作用不敏感造成的,细胞壁成熟过程中很多不同的连接会同时发生,当细胞壁基质多聚体分子之间的连接增加到一定的程度。细胞壁的伸长就会被完全抑制。     

胡萝卜愈伤组织伸展蛋白纯化及某些生化特性的研究

本文报道了胡萝卜愈伤组织伸展蛋白的柱色谱纯化,电泳性质,氨基酸组成及其电镜观察结果。用CM-cellulose柱色谱纯化胡萝卜愈伤组织伸展蛋白时,仅发现有一个组分;它的电泳性质与胡萝卜根产生的第一种类型伸展蛋白相同;它的羟脯氨酸/絲氨酸克分子数比例大约为4/1(羟脯氨酸,42.1mol％;丝氨酸,12.8mol％);此外,在电子显微镜下观察,伸展蛋白具有典型棒状分子结构。     

细胞壁的制备及其羟脯氨酸含量的测定

细胞壁结构和功能关系的研究越来越被人们所重视。伸展蛋白是植物细胞壁中一类重要的结构蛋白,与细胞壁的精细结构及各种生理功能密切相关。其特点之一是它的羟脯氨酸(Hyp)含量高达30％～40％。因此,细胞壁的制备及其羟脯氨酸含量的分析是细胞壁及其蛋白质研究中最基本又极重要的内容。本文介绍一种细胞壁的制备及其羟脯氨酸含量测定的简单方法。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like(NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活,调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用,其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位,RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员,与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应,但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用,并展望了未来的研究方向,旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like (NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活, 调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用, 其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位, RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员, 与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应, 但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用, 并展望了未来的研究方向, 旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

胡萝卜HRGP启动子调控GUS基因的某些特点

HRG(hydroxyproline rich glycoproteins)是高等植物细胞壁中一类富含羟脯氨酸的糖蛋白,是植物细胞壁中主要的结构蛋白。早期研究认为其在细胞壁的形成过程中起作用并称之为伸展蛋白(extensin)。在双子叶植物中,HRGP基因以多基因家族形式存在,具有特定的表达模式。许多条件及处理都能引起HRGP表达量的增加,如伤害、真菌感染、病毒感染、乙烯、细胞培养、红光等,同时也受到发育水平的调节。在单子叶植物中,玉米HRGP的表达是在发育水平上受伤害调节的。HRGP基因还具有组织专一性表达的特点。在大豆种子中,HRGP主要存在于种皮的外两层、表皮栅栏组织和滴漏细胞中,属于起支持作用的厚壁组织。在胡萝卜根韧皮部薄壁细胞中HRGP含量最丰富,而在健康的番茄根中     

一种自动化的植物细胞壁伸展性能测定仪及其应用

应用实验室常用仪器和电子部件,包括直流稳压电源、等臂双盘天平、记录仪、恒流泵、程控信仪、线性可变差动变压器（ＬＶＤＴ）、是磁阀等,改装和配置成的植物细胞壁菜性能性能测定仪,具有操作简便、测量准确和灵敏度高等优点;对大豆幼苗下胚轴生长区细胞壁的内源伸展活性和重组伸展活性的实测结果与文献报告相符,表明该仪器是一种较为理想的测定植物细胞伸展性能的自动化仪器。     

雌蕊胞外基质在花粉管生长中的作用

雌蕊胞外基质对雌蕊与花粉的识别以及花粉管的定向生长有着重要的作用,是近年来植物生殖生物学的研究热点之一。与花粉萌发和花粉管生长相关的雌蕊胞外基质种类主要包括阿拉伯半乳糖蛋白、类伸展素糖蛋白、富含脯氨酸糖蛋白、钙调素、S-糖蛋白、果胶以及子房的特异性物质等。本文着重介绍这些雌蕊胞外基质的生理功能及其研究进展。