ATP-binding cassette transporter enhances tolerance to DDT in Tetrahymena

The reuse of dichlorodiphenyltrichloroethane(DDT) as an indoor residual spray was permitted by the World Health Organization in 2007, and approximately 14 countries still use DDT to control disease vectors. The extensive exposure of insects to DDT has resulted in the emergence of DDT resistance, especially in mosquitoes, and the mechanism for this resistance in mosquitoes has been widely reported. Spraying can also introduce DDT directly into surface water, and DDT can subsequently accumulate in microorganisms, but the mechanism for the resistance to DDT degradation in microorganisms is unclear. Using whole-genome microarray analysis, we detected an abcb15 gene that was up-regulated in a specific manner by DDT treatment in T. thermophile. The deduced ABCB15 peptide sequence had two transmembrane domains(TMDs) and two nucleotide-binding domains(NBDs) to form the structure TMD-NBD-TMD-NBD, and each NBD contained three conserved motifs: Walker-A, C-loop, and Walker-B, which indicated the T. thermophila abcb15 was a typical ABC transporter gene. The expression of ABCB15 fused with a C-terminal green fluorescent protein was found to be on the periphery of the cell, suggesting that ABCB15 was a membrane pump protein. In addition, cells with abcb15 partially knocked down(abcb15-KD) grew slower than wild-type cells in the presence of 256 mg L-1 DDT, indicating the tolerance of abcb15-KD strain to DDT exposure was decreased. Thus, we suggest that in Tetrahymena, the membrane pump protein encoded by ABCT gene abcb15 can enhance the tolerance to DDT and protect cells from this exogenous toxin by efficiently pumping it to the extracellular space.     

植物ABCB转运蛋白研究进展

ABC转运蛋白家族是一类通过结合并水解ATP释放能量实现底物的跨膜运输的转运蛋白,它们参与了植物众多的生理代谢过程,根据保守区的进化关系将ABC转运蛋白家族分成8个亚族,其中ABCB转运蛋白为第二大亚族。ABCB 转运蛋白具保守的NBDs结构域,由6个跨膜α-螺旋的疏水跨膜结构域组成了TMDs结构域,形成溶质跨膜的通道,但是其结构、长度与序列则变化多样。按分子大小不同将植物ABCB转运蛋白分为全分子转运蛋白、半分子转运蛋白两类,通过测序发现在拟南芥、水稻和番茄等植物上均有一定比列的ABCB转运蛋白,且行使多种功能。有研究表明,ABCB转运蛋白基因介导镉、铅和铝等重金属离子的转运,提高植物重金属耐性;它直接参与植物体内生长素的运输,从而调控植物高度;它还可能将苹果酸从质体转运到保卫细胞中调节气孔的开合。近年来,越来越多的ABCB转运蛋白被鉴定,但是ABCB亚家族庞大,底物特异性强,转运机制复杂,多数转运蛋白的功能尚未确定。因此,了解ABCB转运蛋白在生命活动过程中的重要性,以及基因表达调控的机制,解析ABCB转运蛋白在响应逆境胁迫过程中的重要作用,以期为植物抗逆性育种提供思路。     

大肠杆菌PTS系统改造及重组菌生长性能测定

利用Red重组系统对野生大肠杆菌Escherichia coli磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(Phosphoenolpyruvate:carbohydrate phosphotransferase system,PTS)进行修饰改造,敲除PTS系统中关键组分EⅡCBGlc的编码基因(ptsG),磷酸组氨酸搬运蛋白HPr的编码基因(ptsI),同时敲入来源于运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis的葡萄糖易化体(Glucose facilitator)编码基因(glf),构建重组大肠杆菌,比较测定并系统评价了基因敲除和敲入对细胞的生长、葡萄糖代谢和乙酸积累的影响。敲除基因ptsG和ptsI造成大肠杆菌PTS系统部分功能缺失,细胞生长受到一定限制,敲入glf基因后,重组大肠杆菌能够利用Glf-Glk(葡萄糖易化体-葡萄糖激酶)途径,消耗ATP将葡萄糖进行磷酸化并转运进入细胞。通过该途径转运葡萄糖能够提高葡萄糖利用效率,降低副产物乙酸生成,同时能够使更多的碳代谢流进入后续相关合成途径,预期能够提高相关产物产量。     

ABC细胞膜转运蛋白及其介导的细胞多药耐药研究进展

ABC细胞膜转运蛋白是一个能转运多种底物的蛋白质家族,其在宿主对异物的防御机制和肿瘤细胞对抗癌药物的耐药性中发挥重要作用。ABC转运蛋白能将已进人细胞的外源性物质从胞内泵出胞外,是造成肿瘤细胞多药耐药的主要原因,其基因表达水平与细胞内药物浓度和耐药程度密切相关。近年来,肿瘤细胞多药耐药性研究炙手可热。我们简要综述ABC细胞膜转运蛋白的特点、分布、表达及其介导的细胞多药耐药方面的研究进展。     

嗜热四膜虫腺苷三磷酸结合盒转运蛋白ABCC10基因的可变剪切分析

哺乳动物中腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABCT)可通过可变剪切产生多种转录本,其中含有提前终止密码子(premature terminal codon,PTC)的转录本还可与无义介导的mRNA降解通路(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)作用来调节蛋白的相关功能,但这些现象尚未在低等生物的ABCT研究中发现.该文以单细胞原生动物——嗜热四膜虫为对象,利用转录组数据发现ABCC10基因存在可变剪切,并产生两条转录本(SV1和SV2),其中SV2在第五个内含子处发生内含子保留事件,这段长49bp的序列使SV2发生移码并产生PTC.在构建NMD通路中关键因子UPF1基因的嗜热四膜虫敲降株的基础上,利用实时荧光定量PCR方法检测SV2的转录情况.结果显示:含有PTC的转录本SV2在UPF1敲降株中的转录水平相对于野生型显著增加,说明SV2可被NMD通路降解.这与高等动物中某些ABCC蛋白通过可变剪切引入含PTC转录本,并能被NMD降解的方式一致,推测该方式在真核生物中十分保守,并在真核生物的共同祖先(the last eukaryotic common ancestor)中就已形成.     

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。     

植物对重金属镉的耐受机制

镉离子（Cd^2＋）具有强植物毒性,抑制植物生长,甚至使植物死亡。由于长期的环境选择和适应进化,植物发展出耐受机制,可减轻或避免Cd^2＋的毒害。硫转运蛋白、硫还原相关酶类以及半胱氨酸、谷胱甘肽和植物螯合肽合成基因的表达受Cd^2＋调控。同时这些基因的过表达也能提高植物对Cd^2＋的耐性。植物抗氧化系统对Cd^2＋胁迫诱发的活性氧的清除作用,具转运Cd^2＋活性的质膜转运蛋白促进Cd^2＋经共质体途径向木质部运输、装载,而后随蒸腾流向地上部迁移,具转运Cd^2＋活性的液泡膜转运蛋白促进Cd^2＋进入液泡的隔离作用,都在植物对Cd^2＋的耐性中起作用。     

金属胁迫下灵芝寡肽转运蛋白基因家族的转录表达

【目的】寡肽转运蛋白(Oligopeptide transporters,OPTs)通过细胞质膜,将细胞外环境中的物质转入细胞内,从而参与各种生理活动。植物中OPTs蛋白参与金属运输和分配,从而促进植物对金属的利用和适应,但真菌中OPTs是否参与这一过程的相关报道较少。探究OPTs是否在灵芝对金属的适应过程中发挥作用。【方法】以灵芝荣保1号为材料,利用平板实验分析不同浓度的Cu2+、Fe2+和Se4+对菌丝体生长和生物量的影响,并采用实时荧光定量PCR分析不同金属离子胁迫下,两个培养阶段(15 d和30 d)灵芝寡肽转运蛋白基因(OPTs)的转录表达水平。【结果】Cu2+、Fe2+和Se4+三个金属离子在实验使用的浓度范围内抑制灵芝菌丝体的生长量和生物量,且在相同处理条件下的生长量与生物量的变化趋势相同。荧光定量PCR结果显示,除未检测到转录本的3个基因(OPT7、OPT8和OPT9),其余10个基因均表现出了差异性表达模式。在培养前期(15 d),有6个寡肽转运蛋白基因(OPT1、OPT3-6和OPT10)的相对表达量在Cu2+的胁迫下发生上调,而在Fe2+和Se4+的胁迫下,所有的OPTs基因的表达量均被下调。在培养后期(30 d),Se4+胁迫下的OPTs基因的表达量仍旧被下调,而Cu2+和Fe2+的胁迫下表达量均显著上调。【结论】金属能够在不同的程度上影响灵芝的生长量和生物量,同时寡肽转运蛋白基因对这些金属胁迫在转录水平上做出了响应,表明寡肽转运蛋白基因可能在灵芝对金属的适应过程中发挥作用。     

转录组分析揭示玉米大斑病菌对解淀粉芽孢杆菌胁迫响应机制

在植物病害生物防治系统中,生防微生物的生物防治机制是关注的重点,而植物病原物如何响应并抵抗或缓解生防微生物胁迫的机制往往被忽略.本文以解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)为生防互作系统,利用RNA-seq技术研究S.turcica对B.amyloliquefaciens生防胁迫响应的分子机制,结果表明,与对照S.turcica样品比较,B.amyloliquefaciens发酵液处理的S.turcica样品中共有393个基因显著差异表达,其中168个基因上调表达,225个基因下调表达.已知解淀粉芽孢杆菌的抗菌物质一般作用于真菌细胞壁、细胞膜,通过破坏细胞壁及细胞膜的结构抑制真菌生长,因此,本研究在差异表达基因中重点分析S.turcica细胞壁、细胞膜结构相关基因,发现S.turcica上调表达细胞壁组分蛋白(1-6)-beta-D葡聚糖生物合成途径基因、麦角固醇合成途径Delta(14)甾醇还原酶基因、脂肪酸合成酶基因、抗氧化相关的抗坏血酸过氧化物酶基因、谷胱甘肽硫转移酶基因、腺苷三磷酸结合盒转运蛋白基因;下调表达调控细胞凋亡的Metacaspase基因.这说明S.turcica通过调节芽孢杆菌抗菌活性物质的靶标蛋白或合成途径的基因表达,以缓解B.amyloliquefaciens的生防胁迫作用,是一种涉及多个基因和多个信号途径共同参与调控的复杂网络.该研究结果将为研究病原真菌对生防微生物胁迫的抗性机制奠定基础.     

酸胁迫下琥珀酸放线杆菌的生理及转录应答

【目的】通过琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC1593对酸胁迫的生理应答和转录组学分析,探究琥珀酸放线杆菌酸胁迫的机制。【方法】测定不同pH对细胞生长、H+-ATPase、细胞内pH的影响;测定酸胁迫前后细胞膜和谷氨酸脱氢酶的变化、谷氨酸对琥珀酸放线杆菌生长的影响;通过RNA-seq测序分析酸胁迫条件下的差异表达基因。【结果】随pH值的降低,细胞生长受抑制,H+-ATPase的活性下降。pH 4.7酸胁迫后,细胞膜受到严重损伤,谷氨酸对酸胁迫后的细胞有保护作用,GDH酶活响应酸胁迫后略有增加。酸胁迫后,39个基因差异表达较为显著,其中49%基因属于应激蛋白、转运蛋白,小部分基因与代谢相关。【结论】本文探究了琥珀酸放线杆菌酸胁迫下的生理及转录应答,研究结果可为寻找增强琥珀酸放线杆菌耐酸性策略提供参考。     

植物抗旱和耐重金属基因工程研究进展

干旱和重金属污染严重影响植物的生长发育.植物耐逆相关基因的克隆和功能鉴定研究,为通过基因工程途径提高植物的抗逆性奠定了理论基础.水分亏缺、高盐、低温和重金属胁迫都能诱导LEA(late embryogenesis abundant protein)基因的表达.转基因研究表明,LEA蛋白具有抗旱保护作用、离子结合特性以及抗氧化活性;水孔蛋白存在于细胞膜和液泡膜上,在细胞乃至整个植物体水分吸收和运输过程中发挥重要作用.干旱和盐胁迫促进水孔蛋白基因转录物的积累.过量表达水孔蛋白可增强水分吸收和运输,提高植物的抗旱能力.金属转运蛋白参与重金属离子的吸收、运输和累积等过程.这些蛋白基因在改良草坪草植物的抗旱节水和耐重金属能力等方面具有潜在的应用价值.     

北美海蓬子SbNHX1基因耐盐性及功能结构域分析

对从北美海蓬子中分离的Na+/H+逆向转运蛋白基因SbNHX1进行了耐盐性及功能结构域分析.利用套叠PCR技术去除SbNHX1基因C末端162个核苷酸,得到SbNHX1-C基因,然后将SbNHX1、SbNHX1-C和拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1分别插入pET22b(+)表达载体,转化大肠杆菌B菌株,进行各种金属盐离子胁迫分析.结果表明,北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1只对Na+ 、K+离子有抗性,且耐盐性强于拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1.缺失C末端的SbNHX1-C基因对Na+、K+离子胁迫无抗性,说明北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1的耐盐作用与该基因C末端1 353 bp至1 514 bp的序列密切相关.     

金鱼ABC转运蛋白基因家族成员鉴定及分析

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)基因家族在原核生物和真核生物中广泛存在,该家族蛋白能够利用ATP裂解产生的能量将多种底物转运到膜上,参与多种生物过程,如营养摄入、细胞解毒、脂质稳态、信号转导、病毒防御以及抗原呈递等。目前,鱼类中,只在斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等少数鱼类中对该基因家族进行了系统的研究,关于金鱼ABC转运蛋白基因家族的详细分析,未见报道。本研究中,我们利用三代结合二代测序技术构建的金鱼转录组参考基因集数据,鉴定出55个ABC转运蛋白基因,通过系统进化分析将它们分为8个亚家族(A^H)。即金鱼ABC转运蛋白基因是由10个ABCA、14个ABCB、13个ABCC、5个ABCD、1个ABCE、4个ABCF、7个ABCG和1个ABCH组成。同时,我们将金鱼与斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等物种ABC转运蛋白基因家族成员的数目进行比较分析,推测硬骨鱼类特异的第3次全基因复制(3R-WGD)和谱系特异的第4次全基因组复制(4R-WGD)对金鱼该基因家族成员数目的影响。本研究结果为金鱼ABC转运蛋白基因功能的研究提供了理论依据。     

水通道蛋白的生理功能 ——水通道基因敲除小鼠表型研究进展

水通道蛋白 (aquaporin, AQP) 是一族细胞膜上选择性高效转运水分子的特异孔道. 自从 Agre 等于 1992 年从红细胞膜发现第一个水通道蛋白 AQP1以来,有关水通道蛋白结构与功能的研究取得了迅速的、系列性的进展 . 已报道的哺乳动物 AQP 家族已有 11 个在蛋白质序列上有同源性成员 (AQP0~AQP10). AQP 在体内各系统组织中广泛表达,除了在与体液分泌和吸收密切相关的多种上皮和内皮细胞高表达外,在一些与体液转运无明显关系的组织细胞如红细胞、白细胞、脂肪细胞和骨骼肌细胞等处也有表达,提示 AQP 可能在多种器官生理和病理中发挥重要作用. 基因打靶技术是研究特定基因在体内生理功能的有力手段. 目前 AQP1、3、4、5 基因敲除和 AQP2 基因点突变的基因敲入小鼠模型 ( 模拟人类常染色体隐性遗传尿崩症 ) 已成功建立并广泛用于表型研究,在 AQP 水通道蛋白生理功能方面获得许多重要进展.     

绿色荧光蛋白表达载体pXS75－GFP的构建及在嗜热四膜虫中的应用

为获得能够用于构建嗜热四膜虫蛋白定位的载体,该研究将GFP基因与镉（Cd2＋）诱导的四膜虫金属硫蛋白基因（MTTl）启动子序列和终止子序列融合,获得表达载体pXS75-GFP。通过同源重组和抗性筛选,pXS75-GFP载体携带的目的基因整合入四膜虫MTTl位点,在cd2＋诱导下实现GFP融合蛋白的可控表达。将α－tubulin基因ATUl克隆JN－pXS75－GFP中,重组质粒pXS75－GFP－ATUl通过基因枪转化入四膜虫细胞,在巴龙霉素筛选下获得稳定的α-tubulin－GFP过表达细胞株。激光共聚焦显微镜观察α－tubulin．GFP的定位,结果显示,α－tubulin—GFP融合蛋白在四膜虫细胞中表达并分布于皮层上,表明pXS75．GFP载体可用于嗜热四膜虫功能蛋白的定位分析。     

产酱香地衣芽孢杆菌CGMCC 3963耐受特征及基于转录组学的耐受机制分析

【目的】地衣芽孢杆菌是茅台酒高温大曲中能产酱香风味物质的主要微生物,对酱香型白酒的酿造具有重要价值。而酱香型白酒的酿造环境具有高渗、高温、酸性、高乙醇胁迫等特征,研究产酱香地衣芽孢杆菌在环境胁迫下的耐受特征有利于认识酱香型白酒的酿造特征。【方法】以一株产酱香地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis CGMCC 3963)为研究对象,测定其耐渗、耐酸、耐乙醇特征,并从比较转录组学角度系统分析B.licheniformis CGMCC 3963的耐受机制。【结果】B.licheniformis CGMCC 3963在15%的KCl、15%的Na Cl、p H 4.0的酸性环境或6%乙醇浓度下的生长情况明显优于不产酱香的模式菌株B.licheniformis ATCC 14580。转录组比较分析显示B.licheniformis CGMCC 3963中一系列与耐受相关的基因表达有差异。【结论】来源于酿造环境的B.licheniformis CGMCC 3963耐受能力强于B.licheniformis ATCC 14580,一系列与耐受相关的基因表达有差异。编码脯氨酸和甜菜碱等溶质转运、离子外排、钾离子通道蛋白等基因的差异表达,使得高渗胁迫下B.licheniformis CGMCC 3963生长明显优于B.licheniformis ATCC 14580;编码II类热休克蛋白、乙醇脱氢酶、氧化应激、p H动态平衡等相关基因的差异表达,在提高菌株耐受酸性环境能力上起了重要作用;II类及III类热休克基因的高表达对B.licheniformis CGMCC 3963耐乙醇能力起了重要作用。     

药物基因组学相关P450和ABCB1多态性及SNP检测技术

药物基因组学（phamacogenomics）是临床检测遗传差异引起药物应答个体性差异的学科,它涉及药物代谢和有害的药物反应的预测等方面的内容。个性化药物和个性化治疗发展的关键条件是能够快速简便的检测出病人的遗传多态性。文章综述了药物基因相关问题,细胞色素酶1）450和ABCB1转运蛋白的遗传多态性以及检测遗传多态性的相关技术。     

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.     

Synaptobrevin-2促进心房肌SK2通道转运的机制研究

小电导钙激活钾通道亚型2(SK2通道)主要在心房表达,与心房颤动有关.高频刺激模拟心房快速起搏可以增加SK2电流,但是其中的机制并不完全清楚.本研究旨在研究转运调节蛋白Synaptobrevin-2(VAMP2)在调节心房肌细胞膜SK2通道转运过程中的作用.以培养的新生大鼠(Rattus norvegicus)心房肌细胞(NRAMs)和表达有SK2通道的HEK293细胞为研究对象,采用蛋白质印迹、膜片钳、共聚焦显微成像、流式细胞术和全内荧光反射等技术研究VAMP2对SK2通道转运的影响.结果发现,快速起搏可上调VAMP2蛋白和增加SK2通道蛋白在细胞膜上的表达,而敲低VAMP2可降低NRAMs细胞膜上SK2通道蛋白的表达.在HEK293细胞上共表达VAMP2和SK2,增加了SK2的表达,加速了SK2向细胞膜的转运,并通过抑制SK2内吞来稳定SK2通道蛋白在细胞膜上表达.由以上结果可知,VAMP2可能通过促进SK2通道的表达,转运和稳定细胞膜上的表达,参与快速起搏心房肌细胞SK2功能的增强.