Rubisco的研究进展

Ｒｕｂｉｓｃｏ的研究进展李凤玲（山东省莱阳农学院基础部２６５２００）吴光耀（北京大学生命科学院１００８７１）核酮糖－１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶（Ｒｉｂｕｌｏｓｅ１,５－ｂｉｓｐｈｏｐｈａｔｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ－ｏｘｙｇｅｎａｓｅ,缩写为Ｒｕｂｉ...     

二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶装配研究进展

本文对Rubis CO大、小亚基在叶绿体和大肠杆菌中的合成,装配,酶的体外重组以及亚基结合蛋白的性质和作用等进行了综述,并对这个领域的研究前景作了展望。     

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。     

Rubisco副合基因的构建及其在E.coli中的表达

将编码番茄核酮糖－１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶小亚基转运肽的一段ＤＮＡ序列与菠菜Ｒｕｂｉｓｃｏ大亚基的编码区连接,构建了一个Ｒｕｂｉｓｃｏ融合基因。限制性内切酶图谱和ＤＮＡ序列分析证明副合部位的核苷酸序列符合构建前的三联密码子框架。将Ｒｕｂｉｓｃｏ融合基因转入Ｅ．ｃｏｌｉ,用ＩＰＴＧ进行诱导表达。利用蛋白质印迹技术检测到诱导产物的存在。     

低温锻炼对水稻幼苗叶片中Rubisco的影响

低温锻炼能提高水稻幼苗的抗冷力,低温锻炼虽不能明显提高Ｒｕｂｉｓｃｏ活性,却提高了冷却条件下Ｒｕｂｉｓｃｏ的稳定性和增强了胁迫后正常生长条件下其活性的恢复能力。分别用火箭免疫电泳分析Ｒｕｂｉｓｃｏ蛋白和ＳＤ－ＳＰＡＧＥ分析大,小亚基量表明：低温锻炼未提高Ｒｕｂｎｉｓｃｏ蛋白的合成能力,但增加了大,小亚基的合成量。     

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)

文章就核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的分布、结构、性质、分类与功能的研究进展作了介绍。     

变色酸显色法同时测定核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶活性

提出一个用变色酸-硫酸显色浊同时测定核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化酶/加氧酶活性的方法:RuBP羧化酶/加氧酶与底物作用后,用碱性磷酸酯酶将其产物水解生成乙醇酸和甘油酸,然后与变色酸试剂在1:5的体积比下,沸水浴中显色反应90min,乙醇酸与变色酸反应生成红紫色化合物,甘油酸生成淡棕色化合物,分别在573nm,745nm各有一特征吸收峰。根据A_(573),A_(745)与乙醇酸和甘油酸浓度间的函数关系式,求出RuBP羧化酶/加氧酶活性。     

低温弱光对黄瓜幼苗Rubisco与Rubisco活化酶的影响

以‘津优3号'黄瓜幼苗为试材,研究弱光(100 μmol·m-2·s-1)下适温(WL:25℃/18℃)、亚适温(ST+WL:18℃/12℃)和低温(LT+WL:10℃/5℃)对黄瓜幼苗光合速率(Pn)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量的影响.结果表明:与对照(25℃/18℃,400 μmol·m-2·s-1)相比,WL、ST+WL和LT+WL处理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Pn、Rubisco活性及其大亚基基因(rbcL)、小亚基基因(rbcS)表达、RCA活性与基因(CsRCA)表达量大幅度降低,5～7 d后,WL处理趋于平稳,ST+WL处理缓慢回升,而LT+WL处理持续下降,表明黄瓜光合机构对适温弱光和亚适温弱光环境有逐步适应机制.Rubisco和RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与Pn基本一致,表明低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗Pn降低的重要原因.     

短命植物东方旱麦草Rubisco大亚基基因（rbcL）的克隆及表达分析

利用PCR、DNA重组、原核与真核生物表达等技术从新疆短命植物东方旱麦草（Eremopyrum orientale）基因组中扩增出Rubisco大亚基基因rbcL（GenBank登录号为FJ346562）,并构建了原核与真核表达载体pGEX4T-1-rbcL和pcDNA3-rbcL,随后分别在原核宿主BL21（DE3）和小鼠中进行了表达,并利用真核表达载体和纯化蛋白制备的抗体,对表达产物的特异性进行了Western印迹检测。结果表明：东方旱麦草的rbcL基因可读区包含1431 bp,与旱麦草rbcL基因的同源性达99.86%,推测编码476个氨基酸,分子量56 kD。该基因在BL21中以融合蛋白GST-RBCL形式表达并存在于包含体中,融合蛋白大小约为82 kD。RT-PCR检测到该基因在小鼠肝脏中的表达。利用真核表达载体与纯化融合蛋白进行联合免疫制备的RBCL抗体可与RBCL特异性地结合,这为短命植物东方旱麦草基因后续的免疫定位检测奠定了基础。     

不同光质对烟草叶片组织结构及Rubisco羧化酶活性和rbc、rca基因表达的影响

通过对烟草植株覆盖白、红、黄、蓝、紫色滤膜获得不同光质,研究了烟草叶片在7～70d的生长发育期内,不同光质处理对烟叶组织结构特征、核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）羧化酶活性、Rubisco基因（rbc）表达及其活化酶（Rca）基因（rca）表达的影响。结果表明,与黄膜处理下生长的烟叶相比,红、蓝、紫膜处理下生长的烟叶有较高的叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏细胞密度和较小的组织空隙率。此外,红、蓝、紫膜处理的叶片有较高的Rubis-co羧化酶活性和净光合速率及较强的rbc和rca基因表达。实验结果表明不同光质对烟草叶片的组织结构特征有显著影响,光质可能通过影响Rubisco羧化酶活性进而影响叶片光合效率,而光质、叶片组织结构和光合效率之间存在某种程度的相互联系。     

二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)及其亚基的免疫化学特异性

用菠菜和苜蓿二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPcase)的抗体对八种植物的(RuBPCase)作双向免疫扩散反应,其免疫沉淀线均是部分交叉的(以菠菜和苜蓿KuBPCase为参照抗原)。不同品种的菠菜RuBPCase对同一品种菠菜RuBPCase抗体和不同品种苜蓿RuBPCase对同一品种苜蓿RuBPCase抗体的双向免疫扩散沉淀线均完全融合。各种植物的RuBPCase对菠菜RuBPCase大亚单位抗体的双向免疫扩散沉淀线都是完全融合的。因此植物种间RuBPCase免疫化学决定簇差异决定于小亚基上,而同一种内不同品种间酶的小亚基无免疫化学决定簇的差异。     

大肠杆菌分子伴侣GroF系统及其胁助的Rubisco蛋白装配

分子伴吕协助蛋白质在体内正确组装,对分子伴侣结构和作用机制的研究不仅在生物大分子结构和功能研究中具有重要的理论意义,而且还具有广泛应用价值。大肠杆菌分子伴侣ＧｒｏＥ系统是迄今为止研究得最为透彻的分子伴侣。本文侧重总结了ＧｒｏＥ系统的作用机制及在该系统的帮助下光合细菌核酮糖１,５－二磷酸羧化／加氧酶（Ｒｕｂｉｓｃｏ）的装配情况。     

大肠杆菌分子伴侣GroE系统及其协助的Rubisco蛋白装配

分子伴侣协助蛋白质在体内正确组装,对分子伴侣结构和作用机制的研究不仅在生物大分子结构和功能研究中具有重要的理论意义,而且还具有广泛的应用价值。大肠杆菌分子伴侣GroE系统是迄今为止研究得最为透彻的分子伴侣。本文侧重总结了GroE系统的作用机制以及在该系统的帮助下光合细菌核酮糖1,5二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco蛋白)的装配情况。     

低温锻炼对水稻幼苗叶片中Rubisco的影响

低温锻炼能提高水稻幼苗的抗冷力,低温锻炼虽不能明显提高Rubisoc活性,却提高了冷胁条件下Rubisoc的稳定性和增强了胁迫后正常生长条件下其活性的恢复能力。分别用火箭免疫电泳分析Rubisoc蛋白和SDS-PAGE分析大、小亚基量表明：低温锻炼未提高Rubisoc蛋白的合成能力,但增加了大、小亚基的合成量。经锻炼、冷胁迫以及恢复后Lsu／Ssu比值的变化主要是由于小亚基对温度变化更敏感所致。Rubisco酶特性分析表明,低温锻炼有减少水稻幼苗Rubisoc表面的SH数,并提高Rubisco蛋白在高、低温下的稳定性。     

转录后基因沉默系统研究烟草rbcS基因功能

初步建立了利用病毒载体诱导转录后基因沉默系统研究烟草(Nicotiana benthamiana)1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶小亚基(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase／oxylase small subunit,rbcS)基因功能的模式。用携带与1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶小亚基基因同源的cDNA片段的烟草脆裂病毒载体(pTV．rbcS)侵染烟草(Nicotiana benthamiana),诱导内源rbcS基因沉默并在此基础上建立了研究rbcS基因功能的模式：初步进行了rbcS基因沉默后的表型分析、转录水平分析、蛋白质表达水平分析以及利用HPLC方法定量分析rbcS基因沉默后的光合色素变化。结果表明：病毒诱导基因沉默瞬时表达体系中烟草最佳侵染时期为苗龄21-24d,用于侵染的重组农杆菌的最佳浓度的OD值为1～1．5;烟草Rubisco小亚基的表达量可能调节Rubisco大亚基的表达量;烟草rbcS基因与光合作用中的光能收集无关。对rbcS基因沉默的烟草叶片及对照烟草叶片的部分重要光合作用指标分析表明,运用烟草脆裂病毒载体诱导转录后基因沉默系统研究烟草rbcS基因功能具有可行性,为进一步深入研究rbcS基因功能奠定了基础。     

蚕豆核酮糖1，5-磷酸羧化酶／加氧酶大亚基基因的分子克隆

核酮糖l,5－二磷酸羧化酶／加氧酶由大亚基(Ls)和小亚基组成。Ls由叶绿体DNA编码。蚕豆Ls的基因已被克隆到pBR322。应用几种限制性内切酶酶解以及Southern印迹法构建了该重组质粒的物理图谱。     

宁波港压载水浮游植物多样性的研究

为了避免压载水作为媒介转移外来物种并造成污染危害,利用分子生物学技术研究宁波港来自印度洋、新加坡和美洲的压载水浮游植物。结果显示,新加坡和美洲的压载水没有检测到浮游植物。而印度洋的压载水里面含有硅藻门的直链藻属(Aulacoseirasp.)、海链藻属(Thalassiosirasp.)、骨条藻属(Skeletonemasp.)、冠盘藻属(Stephanodiscussp.)和星盘藻属(Discostellasp.);隐藻门的全沟藻属(Teleaulaxsp.)和斜片藻(Plagioselmissp.);绿藻门的括小球藻属(Chlorellasp.)、卵囊藻属(Oocystissp.)和Pseudococcomyxasp.;链形植物门包括新月藻属(Closteriumsp.)。同宁波港的港池浮游植物相比,生长速度快、抗逆性强的硅藻数量明鲜增多,有些种类是外来的。     

Degradation of the Large Subunit of Ribulose-1, 5-Bisphosphate Carboxylase／Oxygenase in Wheat Leaves

The degradation of the large subunit (LSU) of ribulose- 1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco; EC 4.1.1.39) in wheat (Triticum aestivum L. cv. Yangmai 158) leaves was investigated. A 50 kDa fragment, a portion of the LSU of Rubisco, was detected by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and immunoblotting with antibody against tobacco Rubisco in crude enzyme extract of young wheat leaves. The appearance of the 50 kDa fragment was most obvious at 30-35 ℃ and pH 5.5. The LSU and its 50 kDa fragment both existed when the crude enzyme extract was incubated for 60 min. The amount of LSU decreased with incubation time from 0 to 3 h in crude enzyme extract. However, the 50 kDa fragment could not be found any pH from 4.5 to 8.5 in chloroplast lysates of young wheat leaves. In addition,through treatment with various inhibitors, reactions were inhibited by cysteine proteinase inhibitor E-64 or leupeptin.