SbHKT1;4, a member of the high-affinity potassium transporter gene family from Sorghum bicolor,functions to maintain optimal Na＋/K＋ balance under Na＋ stress

In halophytic plants, the high-affinity potassium transporter HKT gene family can selectively uptake K＋ in the presence of toxic concentrations of Na＋. This has so far not been well examined in glycophytic crops. Here, we report the characterization of SbHKTI;4, a member of the HKT gene family from Sorghum bicolor. Upon Na＋ stress, SbHKT1;4 expression was more strongly upregulated in salt-tolerant sorghum accession, correlating with a better balanced Na＋/ K＋ ratio and enhanced plant growth. Heterogeneous expression analyses in mutants of Saccharomyces cerevisiae and Arabidopsis thaliana indicated that overexpressing SbHKT1;4 resulted in hypersensitivity to Na＋ stress, and such hypersensitivity could be alleviated with the supply of elevated levels of K＋, implicating that SbHKT1;4 may mediate K＋ uptake in the presence of excessive Na＋. Further electrophysiological evidence demonstrated that SbHKT1;4 could transport Na＋ and K＋ when expressed in Xenopus laevis oocytes. The relevance of the finding that SbHKTI;4 functions to maintain optimal Na＋/K＋ balance under Na＋ stress to the breeding of salt-tolerant glycophytic crops is discussed.     

过表达OsPSK3基因增加水稻叶片叶绿素含量

植物磺肽激素(Phytosulfokine,PSK)是新发现的一种能促进细胞分裂和分化的植物激素。水稻中该基因家族共有7个成员,迄今为止PSK基因在水稻体内的功能和调控机制仍不清楚。文章首先利用生物信息学手段对OsPSK家族基因进行了结构比较和进化分析,依据对水稻和拟南芥中PSK基因家族成员的分析认为:PSK祖先基因形成两个PSK基因的发生要早于单、双子叶植物的分化;其中OsPSK1与其余的OsPSK2-OsPSK7进化自不同的祖先基因。对PSK家族成员在不同组织的表达分析发现不同基因具有不同的表达模式。文章通过基因枪转化的方法获得了水稻OsPSK3转基因系。文章着重研究了OsPSK3过量表达对水稻植株生长的影响。结果表明:在转基因阳性株系中OsPSK3的表达量提高了约40%;且OsPSK3ox-1有明显优于对照的营养性状,表现在幼苗期产生更多的须根和根毛;在各生长阶段直至结穗期与对照相比表现出更高的株高;尤其在叶片叶绿素含量上,转基因系较对照提高了2.3倍。     

草地贪夜蛾与斜纹夜蛾解毒相关基因的比较分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda近期在中国为害猖獗,由于繁殖速度快,迁飞能力强,在本土呈现爆发趋势,严重为害了我国农作物。与本地近缘物种斜纹夜蛾Spodoptera litura相比,草地贪夜蛾更偏好玉米、水稻、小麦等禾本科农作物,且对多种化学杀虫剂及转基因Bt玉米产生抗性。寄主适应性以及杀虫剂抗性与解毒代谢相关蛋白密切相关。因此,本研究对这两种夜蛾科害虫的解毒代谢相关蛋白——细胞色素P450、谷胱甘肽转移酶(GST)及ABC转运蛋白进行了全基因组水平系统的搜集和数目比较,构建系统发育树并对P450和GST部分基因扩张分支进行氨基酸差异位点分析。结果显示,在草地贪夜蛾中共鉴定出213个P450基因、58个GST基因、102个ABC基因,其中P450基因与GST基因数目远远多于斜纹夜蛾(116,37),而ABC基因数目与斜纹夜蛾(99)接近。系统发育树分析表明,草地贪夜蛾P450在CYP6、CYP9以及CYP4功能簇,GST在部分进化分支上都发生了显著基因扩张,发生显著扩张的基因中有数个氨基酸突变,其中一些突变被预测可能影响蛋白质功能。但出乎意料的是,ABC亚家族B和E在斜纹夜蛾聚集成簇并发生了显著的基因扩张现象。以上结果暗示入侵种草地贪夜蛾和本地近缘物种斜纹夜蛾在抗性方面可能发展出各自独特的应对机制。本研究为解析草地贪夜蛾解毒抗性特征机制提供基因数据,为草地贪夜蛾的生物防治及抗性研究提供参考依据。     

冬虫夏草菌C2H2基因家族鉴定及其在砷胁迫下表达分析

C2H2型锌指蛋白转录因子家族是真核生物中广泛存在且具有重要生物学功能的锌指蛋白转录因子之一,在真菌生长发育、分生孢子形成、致病性以及胁迫应答等过程中起着重要作用。砷超标是影响冬虫夏草品质的重要因素之一,本研究基于冬虫夏草菌基因组数据库,利用Hmmsearch程序及PFAM、SMART等在线软件,对冬虫夏草菌C2H2型锌指蛋白(OsC2H2)家族成员进行鉴定,并对OsC2H2基因结构、保守结构域、系统进化分析及砷胁迫下基因表达等进行分析。结果显示,全基因组水平共鉴定出的23条含有C2H2保守结构域的Os C2H2基因,其定位在14条scaffold上且不存在串联重复,不同OsC2H2保守结构域数目及排列方式存在差异;系统进化及基因表达分析显示,18条OsC2H2基因在进化上相对保守,5条OsC2H2基因进化上存在差异,且多数OsC2H2基因响应砷胁迫。通过对全基因组水平OsC2H2进行鉴定及相关生物信息学分析,为进一步研究其结构和功能提供相应理论基础,同时为揭示冬虫夏草砷富集提供参考。     

植物细胞器RNA编辑因子的功能及其作用机制 *

在植物线粒体和叶绿体转录本上,数百个胞嘧啶(C)位点经脱氨基反应变为尿嘧啶(U),这是一种在转录本水平上对遗传信息进行修饰或调控的机制.在植物细胞器中,RNA编辑过程需要不同家族的RNA编辑因子相互作用组装成复杂的编辑复合体,特异地识别编辑位点进行编辑.最初的研究发现,植物RNA编辑受到高特异性五环肽重复(pentatricopeptide repeat, PPR)蛋白的调控,目前在植物中发现400多种PPR家族蛋白,编辑作用复杂.之后对RNA编辑因子互作蛋白/多细胞器RNA编辑因子(RNA editing factor interacting proteins /multiple organellar RNA editing factors,RIP/MORF),细胞器RNA识别基序(organelle RNA recognition motif,ORRM),细胞器锌指蛋白(organelle zinc-finger,OZ)等的研究表明,这些非PPR蛋白组分可以与PPR蛋白形成编辑复合体,共同参与编辑,且RNA编辑复合体具有多样性.RNA编辑因子的缺失会引起植物的生长发育受阻,果实成熟延迟等,对RNA编辑因子的研究显得尤为重要.对植物中RNA编辑因子的功能及其作用机制研究进展进行综述,旨在为后续RNA编辑的研究提供一定的参考.     

中华猕猴桃WOX转录因子的生物信息学分析

WOX基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物发育关键时期,如胚的形成、维持干细胞稳定性和器官形成过程中发挥重要调控作用。为探究WOX转录因子调控中华猕猴桃的生长发育的分子理论基础,该文利用ProtParam、Cell-PLoc2.0、SignalP4.1 Server等在线软件对中华猕猴桃的16个WOX转录因子进行理化特性、亚细胞定位和信号肽等详细的生物信息学分析。结果表明:(1)中华猕猴WOX转录因子的所有蛋白成员的氨基酸数目在138～371之间,分子量为16.222～42.185 kD,均定位于细胞核的不稳定亲水蛋白。(2)中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均属于Homodomain超家族,仅Achn362451是分泌蛋白,且仅Achn362451和Achn141001具有跨膜区。(3)大部分WOX蛋白成员的潜在磷酸化位点都位于丝氨酸处。(4)其二级结构主要以无规则卷曲为主,其次为α-螺旋。(5)保守基序分析结果表明中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均含有motif1。(6)系统进化分析结果表明中华猕猴桃与菠萝的亲缘关系最近,与番茄的亲缘关系最远。(7)在中华猕猴桃果实成熟过程中不同时期的转录组分析结果表明其WOX基因家族中4个成员Achn131681、Achn145561、Achn336591、Achn362451基因在授粉后20、120、127 d表达含量都较高,其他12个WOX基因成员表达含量低甚至不表达。该研究为进一步研究中华猕猴桃WOX转录因子在其生长发育过程中的分子机理提供了一定的参考依据。     

Knights in Action： Lectin Receptor-Like Kinases in Plant Development and Stress Responses

The Receptor-Like Kinase （RLK） is a vast protein family with over 600 genes in Arabidopsis and 1100 in rice. The Lectin RLK （LecRLK） family is believed to play crucial roles in saccharide signaling as well as stress perception. All the LecRLKs possess three domains： an N-terminal lectin domain, an intermediate transmembrane domain, and a C-terminal kinase domain. On the basis of lectin domain variability, LecRLKs have been subgrouped into three subclasses： L-, G-, and C-type LecRLKs. While the previous studies on LecRLKs were dedicated to classification, comparative structural analysis and expression analysis by promoter-based studies, most of the recent studies on LecRLKs have laid special emphasis on the potential of this gene family in regulating biotic/abiotic stress and developmental pathways in plants, thus mak- ing the prospects of studying the LecRLK-mediated regulatory mechanism exceptionally promising. In this review, we have described in detail the LecRLK gene family with respect to a historical, evolutionary, and structural point of view. Furthermore, we have laid emphasis on the LecRLKs roles in development, stress conditions, and hormonal response. We have also discussed the exciting research prospects offered by the current knowledge on the LecRLK gene family. The multitude of the LecRLK gene family members and their functional diversity mark these genes as both interesting and worthy candidates for further analysis, especially in the field of crop improvement.     

拟南芥DG1参与叶绿体早期光合蛋白合成功能

拟南芥中已有466个PPR蛋白,已有研究证实许多PPR蛋白参与细胞器基因表达的转录后调节,但大部分PPR蛋白分子作用机制尚不清楚.Delayed greening 1(DG1)是定位于叶绿体中的的PPR蛋白,研究结果证实该蛋白是通过与SIG6因子相互作用降低PEP转录活性从而影响叶绿体早期发育.本研究利用拟南芥Dg1基因功能缺陷型突变体研究了DG1蛋白对光系统蛋白复合体组成及其光转化效率的影响.77K荧光发射光谱分析发现dg1突变体幼叶PSII中电子传递速度明显低于野生型,而成熟叶片与野生型基本一致;蓝绿温和胶分析结果表明:相对于野生型在dg1突变体新生叶中PSII、PS玉及其超聚复合物含量均有不同程度降低;进一步温和胶二向电泳及蛋白免疫印迹分析显示,在dg1突变体新生叶中,由叶绿体编码的光系统蛋白复合物组成亚基含量显著降低,而核编码复合物组成亚基含量与野生型相比没有明显区别.上述实验结果进一步确定了DG1蛋白是通过调控叶绿体编码基因的表达进而调节光系统复合物的生物合成与组装,最终影响拟南芥叶绿体早期发育.因此,我们认为DG1蛋白对于叶绿体发育早期光合蛋白的合成是必需的.     

FAM3基因家族功能研究概况

蛋白序列相似度为3的类细胞因子家族(family with similarity 3,FAM3)是2002年发现的新基因家族,其包括四个成员FAM3A、FAM3B、FAM3C和FAM3D。因FAM3B高表达于胰腺胰岛细胞中,又被称为胰腺衍生因子(pancreatic derived factor,PANDER)。PANDER已被证实在胰岛素抵抗和2型糖尿病发展过程中起重要作用,其可能成为2型糖尿病的新干预靶点。FAM3C被发现在胚胎发育和视网膜功能调控,上皮细胞间充质转化及胰腺癌发生过程中起重要作用。FAM3D被发现可能介入了机体能量代谢异常、结肠癌及嗜睡等疾病的发生发展过程。目前尚未见有关FAM3A生物学功能的研究报道。总之,现有研究表明FAM3基因家族成员可能在包括糖尿病和肿瘤在内的多种重大疾病发生发展过程中起重要作用。本综述将对FAM3基因家族的最新研究进展进行简要总结及讨论。