植物细胞壁沟槽结构与生物质利用研究展望

细胞壁是植物细胞的重要组成部分,是生物质的主要成分,不仅对植物形态学起中心调控作用,还对植物机械强度、纤维品质和生物质综合利用起决定性作用.本文将简要介绍植物细胞壁结构与功能研究进展,重点分析细胞壁关键结构因子,原创性提出植物细胞壁纳米级沟槽结构模型与生物质酶解分子机理,并探讨遗传改良植物细胞壁结构的新方法与新途径,旨在从本质上极大提高生物质综合利用效率,改良棉花纤维品质和增强作物抗逆能力.     

果胶甲酯酶抑制蛋白(PMEIs)的功能性研究进展

细胞壁是一种复杂的动态网络结构,在植物生长发育、胁迫应答和免疫抗性过程中起着重要的调控和防御作用。果胶(pectin)是细胞初生壁结构中多糖的主要成分之一;其中,同型半乳糖醛酸聚糖(HG)是果胶多糖组分中含量最丰富的线性聚合物。HG的甲基酯化程度变化会导致其酶解形成凝胶,从而影响果胶结构的稳定性。果胶甲酯酶抑制蛋白(PMEIs)通过翻译后机制调控果胶甲酯酶(PMEs)活性,微调果胶多糖甲酯化修饰平衡后,维持细胞壁的完整性和生物力学特性。研究发现,PMEI-PME互作调控果胶甲酯化修饰的稳态是决定细胞黏附、细胞壁硬度和弹性以及器官形态发生的关键因素,同时也是细胞壁应对逆境、释放抗性信号和免疫防御的分子模式。主要对PMEIs在调节植物器官发育过程和应对不同胁迫因子发挥的抗逆功能及调控机制等最新研究进展作出综述。鉴于PMEIs在木本植物中的体内生理活性和调控机制仍有待探索,可为后续填补该领域的研究空白提供理论依据和策略参考。     

蚜虫取食中的细胞壁修饰与免疫功能

蚜虫是世界性害虫,它通过独特的口针结构和丰富的唾液组分破坏植物细胞壁,穿过表皮细胞和叶肉细胞间隙,克服多重植物抗性,到达韧皮部取食为害。已有报道蚜虫唾液中含有多种细胞壁修饰酶能够降解修饰细胞壁,帮助蚜虫在细胞间刺探,更为有效的定位韧皮部。而细胞壁作为保护植物细胞的重要屏障,能感知和传递细胞壁损伤信号,通过调控细胞壁修饰酶的表达水平启动胞内诱导抗性,从而影响蚜虫的刺探、取食和定殖。此外,蚜虫唾液中的一些效应因子还能抑制细胞壁免疫和胞内抗性。可见,细胞壁免疫在蚜虫持续取食和成功定殖中发挥重要功能。为深入理解细胞壁免疫在蚜虫刺探与取食过程中的作用机制,本文概述了蚜虫唾液关键组分对细胞壁修饰与免疫的调控作用,从植物细胞壁多糖结构修饰、损伤信号传导和胞内抗性等方面重点论述对蚜虫取食行为的影响,结合病原菌与细胞壁免疫互作机制,进一步揭示蚜虫与细胞壁免疫互作新机制,为基于阻断蚜虫韧皮部取食的分子抗虫育种提供新思路。     

乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用

乙酰化修饰是由乙酰基转移酶、去乙酰化酶介导的可逆的蛋白质翻译后修饰。其中,乙酰基转移酶将乙酰辅酶A的乙酰基团转移至底物蛋白的氨基酸残基,而乙酰基团的去除由去乙酰化酶完成。乙酰化修饰参与许多基本生物学过程的调节作用,越来越多的研究表明,蛋白质乙酰化修饰在病原菌的致病过程中具有重要作用。病原菌,如引起非典型性肺炎的嗜肺军团菌,可以通过分泌具有乙酰基转移酶活性的效应蛋白靶向宿主细胞信号通路的关键蛋白质因子,干扰宿主细胞信号通路及免疫反应。本文主要从嗜肺军团菌的致病机制、乙酰化修饰及乙酰化修饰在病原体致病过程中的调控作用进行综述,突出已知的乙酰化毒力蛋白的例子,并讨论它们如何影响与宿主的相互作用,为理解乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用机制提供参考。     

植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展

蛋白质赖氨酸乙酰化是植物中普遍存在的重要蛋白质翻译后修饰过程。过去的研究主要集中在染色体组蛋白的乙酰化修饰及其调控机制。目前,随着定量乙酰化蛋白质组学技术的发展,大量非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰被发现,其在植物中存在的普遍性及其生理功能的重要性也随之凸显。非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰在植物不同组织、器官和细胞器中大量存在,广泛参与植物生长发育的各种代谢过程的调控,并在植物应答和适应逆境胁迫中发挥作用。综述了近年来植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展,阐明乙酰化修饰在植物不同组织和亚细胞中的分布特征以及在植物生长发育和逆境胁迫响应中的作用,并阐述乙酰化修饰与其他蛋白质翻译后修饰的交互作用,最后对未来的研究进行展望和讨论。     

代谢酶乙酰化修饰对新陈代谢的调控

蛋白质的赖氨酸乙酰化修饰可以定义为在蛋白质的赖氨酸残基上添加或移除一个乙酰基团,这个过程是由乙酰化酶和脱乙酰酶调控的.真核生物细胞核内组蛋白和转录因子的可逆乙酰化修饰对基因表达调控的机制早已研究得比较清楚.1996年以来,一些独立的研究也陆续发现,参与到其他生命活动中的蛋白质存在着乙酰化修饰情况,表明乙酰化可能在生命活动中发挥着广泛的调节作用.然而直到2009年,高通量的蛋白质质谱分析技术才使得在蛋白质组水平上研究乙酰化修饰成为可能,并发现蛋白质乙酰化普遍存在.学者们发现,乙酰化修饰是一个在细胞核或细胞质的亚细胞器内广泛存在的翻译后修饰调控机制,可能参与了染色体重塑、细胞周期调控、细胞骨架的大分子运输、新陈代谢等多种生命活动.本文详细总结代谢酶的乙酰化修饰对新陈代谢调控的关键作用,并说明代谢酶的乙酰化修饰是一个从原核生物到真核生物进化上高度保守的调控机制.     

植物组蛋白去乙酰化酶的特性及功能

真核生物染色质修饰是基因表达调控中的一个重要部分,组蛋白乙酰化修饰是基因转录调控的关键机制,与基因表达的活跃与沉默密切相关。组蛋白乙酰化修饰已成为表观遗传学的重要组成部分,受到研究者的普遍重视。本文从植物组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDACs)的分类开始,综述植物中HDACs家族成员的结构特点、组织表达的多样性与复杂性,重点阐述其对发育的调控、逆境胁迫的响应。对了解基因的调控机制,丰富表观遗传学内容,并最终应用于植物育种及农业生产具有重要意义。     

草酸青霉的植物多糖降解酶基因表达调控的研究进展

植物生物质是地球上最丰富的可再生资源,对其生物炼制可生产高附加值的生物基产品。生物炼制需要使用植物多糖降解酶(plant-polysaccharide-degrading enzymes,PPDEs),如纤维素酶、木聚糖酶和生淀粉酶。丝状真菌草酸青霉(Penicillium oxalicum)能分泌完整的具有高活力的植物多糖降解酶,但其产量低限制了大规模生产及应用。草酸青霉中植物多糖降解酶的生物合成受到多种调控因子包括转录因子的严格调控。本文主要介绍在以植物生物质甘蔗渣和木薯生淀粉为原料的生物炼制中,涉及的一些关键微生物方面的问题,如从高产植物多糖降解酶的真菌菌株的筛选、育种,到草酸青霉植物多糖降解酶合成及其基因表达的调控基因的鉴定,以及酶产量提高的工程菌株的构建等,为丝状真菌资源的开发与利用提供理论指导。     

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系北大核心CSCD

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。     

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。     

植物病理学领域蛋白乙酰化修饰研究进展

蛋白质乙酰化是一种普遍存在于真核与原核生物中且可逆的翻译后修饰方式,由乙酰基转移酶和去乙酰化酶共同调控,参与了转录、新陈代谢、细胞信号转导、细胞凋亡等多个生物学过程。随着检测技术的不断发展,目前已发现了大量的组蛋白及非组蛋白的乙酰化修饰,对其功能的研究也取得一定的进展。本文从乙酰化修饰研究进程出发,对植物病理学领域,包括植物抗病相关过程、植物病原菌和生防菌三个方面的乙酰化研究进展进行总结归纳,并对今后乙酰化修饰研究所需解决的问题进行了展望和讨论。     

RPD3家族成员调控植物发育及环境应答的分子机制

赖氨酸乙酰化是翻译后修饰的主要类型之一,在调节基因表达和蛋白质功能中起关键作用。组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases,HDACs)负责从组蛋白和非组蛋白的赖氨酸中去除乙酰基。RPD3家族是研究最广的HDACs,文中对拟南芥RPD3家族在多个生长发育过程中的调控机制进行了综述,为深入研究RPD3家族成员调控植物发育的机制提供参考,也为探索HDACs其他家族成员的功能提供较为清晰的研究思路。     

抑癌蛋白p53乙酰化修饰的调控网络

p53是细胞内最重要的抑癌蛋白质之一;细胞对p53分子功能的调控主要通过一系列翻译后修饰(PTMs)完成。其中,乙酰化修饰既可在总体水平调控p53的转录活性,又可位点特异性地调控p53依赖的转录选择性,进而精确控制p53在细胞周期阻滞、凋亡、衰老、自噬和代谢等关键生物学过程中的作用。本综述以p53乙酰化修饰研究的时间脉络为轴,首先总结了发生在p53各结构域内乙酰化修饰的建立机制,包括催化p53位点特异性乙酰化发生的乙酰基转移酶,以及各位点乙酰化修饰对p53分子功能调节的机制。其次,本综述总结了参与去除p53乙酰化修饰的关键去乙酰基酶家族,以及这些因子参与调控p53分子功能的生物学意义。同时,本文综述了能够特异性读取p53乙酰化修饰状态的识别蛋白质,以及这些识别蛋白质与p53互作,进而协同调控下游靶基因转录的分子调控网络。此外,本文概述了p53乙酰化修饰与其它类型翻译后修饰之间的“交谈”,以及这些修饰之间通过时空特异互作方式影响p53功能的分子机制。最后,本文基于p53乙酰化修饰,对肿瘤分子医学的研究前景进行讨论与展望。     

乙酰化对代谢的调控及其在代谢相关疾病中的作用

赖氨酸的乙酰化修饰是一种进化上高度保守的翻译后修饰机制.乙酰化酶和去乙酰化酶对特定蛋白的乙酰化状态进行动态调控.近年来的质谱研究发现,几乎所有的代谢酶都存在乙酰化修饰,表明乙酰化修饰对细胞代谢具有广泛的调控作用.除在转录水平进行调控外,乙酰化修饰还可以通过改变代谢酶的蛋白间相互作用、蛋白稳定性、催化活力和亚细胞定位等方式,对多种生物学过程如能量代谢、信号转导和氧化应激反应等进行调控.乙酰化对代谢途径的调控与代谢相关疾病如肿瘤、心血管疾病、糖尿病和肥胖等的发生和发展密切相关.本文总结了近年来乙酰化修饰调控代谢的相关研究进展,并着重阐述乙酰化修饰对代谢酶调控的具体分子机制.     

拟南芥种皮粘液质形成及调控机制研究进展

植物细胞壁是地球上储量最丰富的可再生资源,是人类生产和生活中能源、纤维、建筑材料和造纸等原料的主要来源。植物细胞壁的形成机制一直是近年来的研究热点,研究植物细胞壁的形成机制不仅有助于更高效地将细胞壁转化为生物乙醇等可再生能源,也将促进纤维生物质在食品、药品和纺织等领域的更高效利用,对于新能源开发和人类生产生活均具有十分重要的意义。一些十字花科(如拟南芥,Arabidopsis thaliana)和车前科植物的种皮外层细胞在发育过程中会合成和分泌大量的粘液质多糖,其在种子遇水后膨胀并释放,形成透明胶状物质包裹种子周围。拟南芥种皮粘液质的主要成分为果胶质(主要为鼠李半乳糖醛酸聚糖I),同时还含有少量的纤维素和半纤维素成分。种皮粘液质作为一种特化的细胞壁,具有表型容易观察、分离提取简便、组成相对单一、缺失不影响植株生长发育等优点,已成为研究植物细胞壁(果胶)多糖合成、调控及细胞壁组分间互作的理想模式体系,近年来取得了较大的研究进展,本文主要介绍拟南芥种皮粘液质的形成、组成及其调控机制方面的研究进展。     

组蛋白乙酰化与癌症

由于组蛋白被修饰所引起的染色质结构的改变,在真核生物基因表达调控中发挥着重要的作用,这些修饰主要包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等,其中组蛋白乙酰化尤为重要.组蛋白乙酰转移酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）参与决定组蛋白乙酰化状态.HAT通常作为多亚基辅激活物复合体的一部分,催化组蛋白乙酰化,导致染色质结构的松散、激活转录;而HDAC是多亚基辅抑制物复合体的一部分,使组蛋白去乙酰化,导致染色质集缩,并抑制基因的转录. 编码这些酶的基因染色体易位易于导致急性白血病的发生.另一方面,已经确定了一些乙酰化修饰酶的基因在染色体上的位置,它们尤其倾向定位于染色体的断裂处.综述了HAT和HDAC参与的组蛋白乙酰化与癌症发生之间关系的最新进展,以期进一步阐明组蛋白乙酰化修饰酶的生物学功能以及它们在癌症发生过程中的作用.     

乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控功能的最新进展

乙酰化修饰是一种广泛存在于生物体中的可逆性蛋白质翻译后修饰方式,主要发生于蛋白质赖氨酸残基的侧链NH2基团上,最早在组蛋白中发现。乙酰化修饰主要通过修饰组蛋白影响细胞的染色质结构以及激活细胞核内转录因子,从基因组水平来调控细胞的生命活动。随着乙酰化修饰检测技术和生物学研究的发展,发现乙酰化修饰也大量存在于非组蛋白中,并调控蛋白质的功能,进而影响多种生物学过程。其中,乙酰化修饰可以调控非组蛋白的稳定性,使其在细胞中更加稳定和持久地存在,这种调控机制在细胞的生长和分化等过程中具有重要作用,并影响多种疾病的发生发展。该文介绍了乙酰化修饰及其主要的生物学功能,系统总结了乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控的机制与功能的影响,并介绍了乙酰化修饰调控蛋白质稳定性对疾病发生发展的作用,有助于解析疾病的发生机制,为疾病的治疗提供新的思路和方法。     

蛋白质赖氨酸乙酰化修饰对中间代谢的调控研究

生命活动的中间代谢酶存在大量的赖氨酸乙酰化修饰作用,这些在特定位点进行的可逆的赖氨酸乙酰化修饰作用能精确地调控胞内各种代谢路径。因此,对中间代谢酶赖氨酸乙酰化的研究成为了当今热点。对中间代谢酶的乙酰化修饰的研究进展进行综述,并归纳了几种典型的中间代谢酶的可逆乙酰化作用及其乙酰化位点的分布和在中间代谢路径中重要的调控作用,以期为深入研究蛋白质乙酰化修饰提供参考。     

参与木葡聚糖合成的糖基转移酶基因研究进展

半纤维素多糖木葡聚糖(XyG)存在于大多数植物的初生细胞壁中, 对细胞壁的结构组织和生长发育具有重要的调控作用。XyG在植物进化中存在结构的多样性。该文概述了参与XyG合成的糖基转移酶的最新研究进展, XyG合成需要多种糖基转移酶参与, 这些酶类很可能以蛋白酶复合体的形式存在并发挥作用, XyG的结构和组成的改变对植物的生长发育也产生影响。     

与木葡聚糖合成的糖基转移酶基因研究进展

半纤维素多糖木葡聚糖(XyG)存在于大多数植物的初生细胞壁中, 对细胞壁的结构组织和生长发育具有重要的调控作用。XyG在植物进化中存在结构的多样性。该文概述了参与XyG合成的糖基转移酶的最新研究进展, XyG合成需要多种糖基转移酶参与, 这些酶类很可能以蛋白酶复合体的形式存在并发挥作用, XyG的结构和组成的改变对植物的生长发育也产生影响。