植物的耐洪能力可调控

植物是如何感觉低氧水平,从而采取自救措施从洪灾中存活下来的?这种分子机制是否可调控?最新研究发现,植物的这种耐洪能力分子机制是可以调控的。这个发现可能会使科学家们研制出产量更高、更耐洪灾的农作物。这种名为感氧蛋白转换的分子机制能够控制关键调节蛋白(即转录因子,能打开和关闭其他基因):氧气水平正常时,     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展简

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因. 戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成. 研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少. 最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制. 本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因.戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成.研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少.最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制.本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.     

急性低氧胁迫下海月水母HIF-1α基因的表达

许多研究表明,水母能够耐受低氧环境,但是并不清楚其生理与分子机制.本研究根据海月水母转录组测序结果,获得了海月水母低氧诱导因子(HIF)的部分基因序列,利用实时荧光定量PCR方法检测海月水母HIF基因在低氧条件下(溶解氧约为0.5 mg L-1)的表达变化情况.结果表明,在低氧条件下,海月水母幼体HIF-1α的基因相对表达量经过一定时间的培养后显著高于对照组;以管蛋白基因为内参基因,HIF-1α基因相对表达量在培养3,6,12,18,48和72 h时分别为参照组(饱和溶解氧)的83.2%,102.4%,122.8%,301.3%,140.3%和150.7%.表明低氧环境中海月水母HIF基因表达量在转录水平有极为显著的增加,这为从分子水平揭示水母耐受低氧环境的机制提供了新的视点.     

干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制

环境胁迫是农业生产中面临的主要问题之一,其中干旱胁迫对植物的生长发育、农作物减产及环境恶化具有重要影响.面对自然环境危害,植物在形态学、生理学、生物化学、细胞和分子水平等方面已进化形成了一系列的适应性,如植物的避逆性、耐逆性及抗逆性等.因此,了解干旱胁迫对植物的影响以及植物对干旱信号的感知、传递和应答对解决和提高作物产量具有重要的意义.活性氧(ROS)作为植物有氧代谢的副产物,在植物的生长发育过程中发挥着双重的调节作用.正常环境条件下,植物细胞中ROS的产生和清除处于动态平衡,当植物遭遇干旱胁迫刺激后这种平衡被破坏,导致植物体内ROS的产生和代谢发生紊乱, ROS介导的氧化应激能够引起生物膜过氧化、细胞核受损、光合作用受阻、呼吸作用异常等多种有害的细胞学效应.另外, ROS作为重要的信号分子,与其他信号分子,如CaM, G蛋白, MAKP, miRNA及NO之间相互作用共同构成植物体庞大而复杂的信号网络,在植物的生长发育、生理生化反应、细胞程序性死亡(PCD)、激素代谢以及生物胁迫和非生物胁迫应答等方面起着重要的调控作用.此外,植物为防止ROS的过度积累导致的氧化应激对细胞造成氧化损伤,植物细胞已经进化出多种抗氧化机制,如酶促系统和非酶促系统,以清除ROS过度积累所带来的毒害.本文综述了干旱胁迫对植物生长发育、形态结构和生理生化等方面的影响以及植物对干旱胁迫应答之间的相互关系,系统地介绍了干旱胁迫下ROS的类型、产生部位及作用机制,讨论了ROS作为第二信使与其他信号分子之间可能存在的信号网络,旨在进一步为植物体内ROS的作用机制以及如何提高植物抗逆性研究提供理论依据.     

植物激素调控研究进展

近年来, 随着大量植物激素合成与信号途径突变体的分离鉴定及其相应基因的克隆, 人们对植物激素的合成、运输、信号转导和降解及其在植物生长中的作用开始有了比较深入的了解. 植物激素研究在激素受体分离鉴定、激素间相互作用以及激素调控植物生长发育的分子机理等方面取得了一系列突破性进展. 全面深入地了解这些调控途径及其分子机制将帮助人们更好地理解激素如何在植物生长发育中发挥作用. 本文综述了植物激素调控领域在这些方面取得的最新研究进展.     

红树植物的盐适应性及其进化的研究进展

植物对环境的适应是进化生物学研究的重要内容. 红树植物是生长并适应于高盐的海岸潮间带环境的木本植物类群. 不同红树植物物种的耐盐水平不尽相同; 即使是同属的近缘物种也可能具有不同耐盐能力而生长于潮间带的不同位置; 部分物种具有可以在陆地和潮间带生长的不同的生态型. 这些特殊性状使红树植物成为研究植物对高盐环境适应和进化的良好生态模型. 本文简述了红树植物在形态结构和生理生态等方面的盐适应性特征, 并着重综述了最近几年来在基因和基因组水平上对红树植物的研究成果. 这些最新的研究成果不但证实了生理生态方面的研究结论, 更重要的是揭示了红树植物一些独特的基因表达模式并暗示了这些模式对红树植物的盐适应性进化的贡献; 通过整合以上研究成果, 并对不同红树植物和非耐盐植物进行比较, 初步揭示了红树植物盐适应性的主要特征, 为进一步研究红树植物适应性进化的分子机制提供了新的切入点.     

染色体分离的分子机理

染色体分离是有丝分裂和减数分裂的关键事件, 是保证姊妹(同源)染色体正确分配到子细胞中关键的调控环节之一. 近年来, 利用酵母等真核模式生物突变体, 研究人员克隆了一些调控细胞分裂早期姊妹染色体黏着和后期黏着素酶解的关键基因, 初步阐明了染色体分离的分子调控机理. 由多亚基蛋白组成的黏着素是保证染色体正确黏着和分离的关键分子. 在细胞分裂中后期过渡时, 经过一系列的分子识别和互作导致黏着素蛋白选择性地降解, 使染色体分离. 本文在详细地讨论了参与有丝分裂染色体分离调节的关键蛋白质及其作用机制的基础上, 简单介绍了有丝分裂和减数分裂染色体分离过程中分子调节的差异, 并分析了染色体分离分子机制研究中尚待解决的关键问题.     

基因表达的调控

在同一个个体、同一个细胞中,为什么有些基因得到表达,而大部分基因却保持静默?这就是基因表达的调控问题。为什么一个受精卵可以分化为成体中各种各样的组织细胞?为什么正常细胞会转化为癌细胞?这些都将在基因表达的调控中找到答案。基因表达的调控是目前分子遗传学研究中的重要课题之一。虽然这种研究的历史只有20多年,却已经取得了很大成绩。 1961年法国著名分子生物学家、诺贝尔奖获得者莫诺达(J.Monod)和雅各布(F.Jacob)创立操纵子学说,开基因表达调控研究的先河。操纵子学说的大意是:细菌体内存在着一类称为“操纵子”的调控系统,这一系统控制着基因的转录,例如乳糖操纵子     

耐辐射球菌不存在经典的SOS反应

LexA和RecA在大肠杆菌经典的SOS反应过程中起关键作用。LexA作为一个转录抑制因子控制着包括RecA在内的许多基因的DNA损伤后的诱导表达。以前的研究表明，耐辐射球菌中单独LexA1和LexA2都不参与RecA的诱导表达。在本次研究中，我们构建了耐辐射球菌lexA1和lexA2基因的双突变。研究结果显示，与野生型和两个单突变体相比较，lexA1和lexA2基因双突变明显降低了耐辐射球菌的生长速度，而且增加了耐辐射球菌对紫外线辐照和过氧化氢氧化胁迫的抗性。在正常生长情况下，双突变并没有使耐辐射球菌细胞内RecA本底表达量明显上升，而是和野生型和两个单突变体中的RecA蛋白水平一致。这表明LexA1和LexA2一起也不参与对RecA蛋白诱导表达的调控。进一步的DNA芯片数据显示，LexA1和LexA2一起参与了包括细胞分裂、蛋白合成、抗氧化和转录调控等许多分子机制的调控过程。以上实验结果表明，耐辐射球菌并不具有经典的SOS反应，它应该利用一种新的分子机制来调控DNA损伤诱导蛋白的诱导表达过程。     

质谱技术探索蛋白磷酸化信号机制的研究进展

蛋白质磷酸化信号网络在植物生长发育和抵御外界环境变化过程中起重要调控作用,解析这些复杂的信号通路及其作用机理一直是生物学研究领域的重点和难点.近年来,已经发展多种方法用于分析蛋白磷酸化的动态变化和功能机理.本文总结了研究植物蛋白磷酸化信号网络的不同方法和最新进展:首先概述磷酸化蛋白的富集纯化技术和检测方法,评价每种方法的优缺点;其次重点讨论研究磷酸化蛋白质组学和互作组学的不同质谱方法和这些方法在植物生物学领域的研究进展,并结合案例分析其应用范围.此外,还归纳和探讨这些技术的不同特性以及在蛋白磷酸化研究中的优势,并对这方面的研究热点作了展望,为深入研究蛋白磷酸化修饰在植物生物学中的分子机制提供重要的指导作用.     

铁稳态代谢分子机制及铁磁纳米颗粒研究进展

铁是人体必需微量元素,参与血红蛋白及多种酶的合成,在氧气运输、免疫调节、核酸合成及基因表达调控等多种生理过程中发挥重要作用.铁稳态代谢的维持对于机体正常生长发育至关重要,铁稳态代谢失衡会引发多种疾病.机体铁稳态代谢的调控由多个环节协调控制;在分子水平上,铁调素Hepcidin作为铁稳态代谢的关键调控因子,通过降解小肠上皮细胞和巨噬细胞上的铁外排蛋白Ferroportin,调控机体铁稳态.由此可见,机体内铁稳态代谢的维持是由多因素、多层次的复杂调控网络协调完成.铁不仅是必需的营养物质,还是新型生物材料的重要组分.铁磁纳米颗粒是一类以铁蛋白或Fe_3O_4等作为基础的生物大分子纳米粒子,因其较强的磁导向性和较好的生物兼容性,已被广泛应用于生物医学领域.本文围绕我们团队近年在铁稳态代谢领域的系列原创发现,就铁调素调控铁代谢稳态的分子网络及铁磁纳米颗粒研究国际前沿进展进行系统综述.     

澳大利亚科学家发现"抗冻基因"

澳大利亚科学家最近发现了一种“抗冻基因”,这种基因使南极地带的草在-30℃的条件下仍可以存活。科学家们说,这种基因可以避免霜冻给农作物造成高达数百万美元的经济损失。维多利亚州拉特罗布大学的研究人员说,这种基因是在成功移植到南极半岛的名为南极发草的一种盐草中发现的。研究人员确认了这种新型基因蛋白,其结合力是普通基因蛋白的两倍,可以阻止冰晶的扩大,避免冰晶造成的损害。科学家们将这“抑制冰再结晶基因”导入澳大利亚的一种本土植物体内,于是这种植物也具备了防冻特性。目前,研究人员已经弄清楚了这种基因的防冻原理,因此可…     

RNA化学修饰m6A在植物中的研究进展

N~6-甲基腺嘌呤(N~6-methyladenosine,m~6A)是真核生物mRNA中丰度最高的甲基化修饰形式.m~6A修饰是由m~6A甲基转移酶复合物催化形成,并由去甲基化酶脱去甲基修饰,而m~6A修饰的生物学功能则是由结合蛋白进行调控.随着m~6A检测和测序技术的发展,多种m~6A修饰相关蛋白在植物中鉴定出来,其调控的生物学功能越来越受到人们的关注.本文针对植物m~6A修饰相关调控蛋白及其功能、m~6A修饰位置分布及基序特征和m~6A调控的分子机制综述研究进展,展望m~6A在植物中的研究重点和方向.     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。     

细胞氧气感知与适应机制

<正>2019年度的诺贝尔生理学或医学奖授予哈佛医学院的William G.KaelinJr(威廉·乔治·凯林)、牛津大学的Sir Peter J. Ratcliffe(彼得·拉特克利夫)与约翰霍普金斯大学的Gregg L. Semenza(格雷格·塞门扎),以表彰他们在细胞感知与适应氧气供应(how cells sense and adapt to oxygen availability)的信号转导通路研究中做出的杰出贡献.这些发现揭示了低氧条件下,细胞感知氧浓度变化并调节细胞代谢和生理功能的分子机制.在喜马拉雅山脉附近,生活着一类称为夏尔巴人(Sherpa)的民族,他们长期居住在海拔5000 m以上的地带.     

植物的形态建成与内源激素

在自然界,植物为什么如此千姿百态?为什么有的植物根深叶茂?为什么有的植物根系虽然非常发达,而地上部分却生长得不茂盛?为什么植物生长到一定时期会出现各种各样的分化?经过漫长的岁月,人们不断地研究,现已认识到这些生命活动的规律是由自身的遗传物质——DNA决定的。然而,研究表明,遗传物质的表达、性状的表现又受到体内一类含量极微的物质——内源激素所调控。更确切地说,受到体内不同种内源激素的调控。长期以来,人们首先也只能从外界因素,如温度、光照、营养以及外源的植物生长调节剂来研究这些因子对植物的形态建成的影响,以阐明生长、发育等生命活动的规律。自从1902年,哈勃兰特(Habertandt)预言植物细胞具有“全能性”以来,人们开展了植物的原生质体、细胞、     

植物重要膜蛋白的扩散与胞吞机制

膜蛋白作为细胞膜的重要组成部分,通常会发生胞吞循环以调控其在细胞膜上的数量平衡,或响应外界环境的刺激.单分子成像技术是近年来发展起来的,可用于在活细胞条件下对单个分子进行观测和研究的新技术,具有较高的时空分辨率,实现了在纳米和微秒水平上对单个分子的快速实时成像和精确分析.本文结合作者所在实验室取得的研究成果,介绍了利用单分子技术,包括全内反射荧光显微术、荧光相关光谱、荧光互相关光谱分析等方法,对植物几种重要膜蛋白在质膜上的运动特征以及胞吞途径的研究工作,总结了植物中脂筏微区分布及脂筏参与的胞吞途径对膜蛋白功能的调控机制,展望了植物质膜微区的精确划分以及膜蛋白胞吞之后的去向等方面所面临的难题.     

拟南芥液泡膜水孔蛋白的互作蛋白AtSM34 参与种子萌发的渗透胁迫响应

水孔蛋白(aquaporin, AQP)广泛参与植物的各种生理活动, 但还有许多调控机制未被发现. 为进一步对其调控因子进行研究, 运用酵母双杂交筛选拟南芥液泡膜水孔蛋白TIP1;1(tonoplast intrinsic protein, TIP)的互作子, 这是拟南芥中第一个被发现的液泡膜上具有高度水转运活性的蛋白. 以AtTIP1;1 为诱饵, 筛选得到一个新的TIPs 结合蛋白, 并在酵母和植物细胞中验证了这种结合. 该蛋白被命名为AtSM34, 编码一个含309 个氨基酸的多肽, 预测分子量为34 kD, 具有1 个单独的MYB/SANT 样结构域. AtSM34 启动子融合GUS 组织化学染色分析显示, 其表达主要位于花、茎和叶中, 尤其是维管束组织, 并且响应渗透胁迫. AtSM34 定位于内质网, 截断分析显示其N 端(1~83 位氨基酸)对于其定位至关重要. 过表达AtSM34 导致转基因植物对外源甘露醇、山梨醇及脱落酸更加敏感, 表现为萌发延迟. 进一步研究发现,AtSM34 也可与AtTIP1;2 和AtTIP2;1 结合, 这2 个TIP 蛋白对液泡渗透调节发挥着重要作用,并在种子萌发阶段大量表达. 这暗示着AtSM34 可能通过影响水孔蛋白基因的表达, 参与种子萌发早期阶段的渗透胁迫响应.     

HSP70反义RNA对高粱花粉的正常形成的影响

人们发现热激蛋白(Heat shock protein,HSP)普遍存在于动物、植物、微生物和人类之中,它们当中有些具有分子伴侣(Molecular chaperon)的作用,如HSP_(60),HSP_(70),HSP_(90)等,它们参与细胞合成的蛋白多肽折叠,组装成有功能的结构,把它们运输到相应的场所或细胞器中,它们还能修复细胞DNA和核仁的损伤等.因此,它们具有“管家蛋白”的作用,它们对细胞的正常生活、功能发挥和应付外界恶劣环境的变化起着重要作用.在不同生物中同一种热激蛋白,其DNA序列具有很大同源性.我们较早地发现和报道了HSP与高粱雄性不育现象有密切关系.后来我们发现在热蛋白中是HSP_(70)与高粱雄性不育密切相关.但这种关系究竟是因果关系还是平衡关系?本文使用反义RNA研究了这一问题.