细胞壁连接的类受体激酶(WAK):植物细胞壁与细胞质联系的重要蛋白

细胞壁连接的类受体激酶(WAK)是一类特殊的植物类受体激酶, 与细胞壁中的果胶共价交联. 在结构上, WAK分为胞外域、跨膜域和胞内激酶结构域, 胞外域中存在保守的EGF重复序列. WAK以多基因家族形成存在, 其表达模式具有组织特异性, 主要在叶、茎中表达, 在功能上参与病原菌反应、细胞伸长调控、铝胁迫反应等. WAK1在细胞外与富含甘氨酸的蛋白质AtGRP3特异结合, 在胞内与蛋白磷酸酶KAPP结合并形成约500 kD的AtGRP3-WAK1-KAPP复合体. 植物中还存在与WAK结构相似的类WAK蛋白(WAKL)家族. 本文结合WAK结构特点和作用机制认为WAK/WAKL可能是植物细胞壁与细胞质进行联系和通讯的重要蛋白.     

查尔酮合酶超家族(chalcone synthase superfamily)基因重复和分化的式样

查尔酮合酶(chalcone synthase, CHS)是类黄酮类物质生物合成途径中的关键酶, 对植物的花色素形成以及抗虫和抗病有重要意义. 本文综述了有关查尔酮合酶超家族基因重复和分化式样的研究进展. 有资料显示, CHS基因在不同植物谱系中发生了不同程度的重复和分化, 导致在多数植物基因组中存在具不同表达特性的CHS重复基因, 并在部分植物基因组中出现由CHS基因分化形成的类CHS (CHS-like)基因. 不同学者对该家族基因序列及其表达式样进行比较分析, 揭示了该家族重复基因表达式样的分化在很大程度上受启动子和顺式调节元件的影响, 结果导致重复基因的亚功能化(subfunctionalization); 而发生在CHS活性位点附近的碱基替换则导致重复基因的新功能化(neofunctionalization), 形成不同的类CHS基因, 且多数类CHS基因是在不同植物谱系中由CHS基因多次独立进化形成, 是趋同进化的结果. 探讨CHS超基因家族的进化历史对深入了解基因重复-分化的过程和机制有很大帮助.     

药用植物转录因子AP2/ERF研究与展望

药用植物作为中药和世界传统药物的主要来源,面临着资源稀缺和活性成分含量低等问题.通过转录水平调控发育相关基因及活性成分合成途径酶基因表达是实现定向、高效调节药用植物生长及活性成分合成的有效手段之一.因此,近年来转录因子调节药用植物发育及活性成分合成的研究备受关注.转录因子AP2/ERF家族是植物最大转录因子家族之一,家族成员均包含保守AP2结构域,根据结构域数量和识别序列不同,AP2/ERF家族被分为5个亚家族:AP2(APETALA2),ERF(ethylene-responsive factor),DREB(dehydration-responsive element binding proteins),RAV(related to ABI3/VP1)和Soloist.本文重点综述转录因子AP2/ERF调控药用植物活性成分生物合成、发育、胁迫响应的研究进展,阐述了转录因子AP2/ERF调控靶基因和自身受到调控的作用机制,同时总结转录因子AP2/ERF研究方法,提出组学和生物信息学方法成为分离、筛选转录因子,预测转录因子功能的强大工具,为分析、预测、验证药用植物AP2/ERF家族成员的功能和阐明AP2/ERF的调控机制提供理论基础和方法指导.转录因子AP2/ERF的功能研究及其作用机制的揭示将有助于利用代谢调控手段提高药用植物活性成分产量,有利于药用植物优良品种的培育,为满足人们对天然药物的需求奠定基础.     

MFS超家族转运蛋白结构基础及转运机制

MFS(major facilitator superfamily)转运蛋白家族是目前已知的最大的膜转运蛋白家族之一.该家族膜转运蛋白广泛存在于整个生物界,其功能也与很多生命活动现象息息相关.作为膜转运蛋白,其基本功能是协助完成物质的跨膜转运.为了更好地理解MFS超家族蛋白如何实现物质的跨膜转运,科研人员致力于对其进行结构生物学研究.至今为止,总共有16个MFS超家族蛋白成员的结构得到解析.有限的结构信息可以提供一些线索,帮助我们理解跨膜物质转运的机制.本文除了介绍MFS超家族蛋白结构生物学和转运机制的研究进展外,还通过对已有结构和转运机制的介绍,实现对将来研究的展望.     

苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)中两个gcvA基因的鉴定及其特性

GcvA蛋白是LysR转录因子家族成员, 在大肠杆菌(Escherichia coli)中, 它激活编码裂解甘氨酸酶系(GCV)操纵子(gcvTHP)的表达, 这一过程受甘氨酸诱导. 在以前的工作中, 我们分别突变了苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)中90个LysR家族转录因子, 并鉴定了突变株的表型. 本研究证明了苜蓿中华根瘤菌基因组中存在2个gcvA基因gcvA1和gcvA2; 苜蓿中华根瘤菌gcvTHP操纵子的充分激活需要它们的同时存在. gcvA1对gcvTHP操纵子的激活需要甘氨酸诱导, 而gcvA2对gcvTHP操纵子的激活则不需要甘氨酸诱导, 推测苜蓿中华根瘤菌中gcvTHP表达的调控机制与大肠杆菌中的不同. 进化分析显示, 很多原细菌中都存在GcvA蛋白, 而苜蓿中华根瘤菌的GcvA1和GcvA2与大肠杆菌的GcvA的亲缘关系很远, 这也许可以解释它们gcvTHP表达调控模式的不同. 研究结果为LysR基因家族的功能提供了新的线索.     

苜蓿瘤菌中存在类角蛋白——研究中间纤维起源的新线索

根据生物化学性质及不同组织分布,以前将中间纤维(Intermediate filament)划分为5类:角蛋白(Keratin)、波形纤维蛋白(Vimentin)、结蛋白(Desmin)、胶质纤维酸性蛋白(Glial fila-ment)和神经纤维蛋白(Neurofilament).近年又发现一些新类型蛋白,它们分布在各种不同类型的动物细胞中.研究表明,在植物细胞中也至少存在角蛋白中间纤维体系.现在将核纤层蛋白(Lamin)也列入中间纤维蛋白家族.各类中间纤维都具有10nm纤维的形态学特征.角蛋白中间纤维的多肽性质非常复杂,含30多种多肽,分子量在40～70ku之间.根据角蛋白的等电点、分子量及抗原决定簇性质,将角蛋白分成两亚类:I型角蛋白即酸性角蛋白,分子量在40～57ku之间;Ⅱ型角蛋白为中性偏碱性,分子量在53～70ku.角蛋白中间纤维必定是这两类角蛋白即酸性和碱性角蛋白互补装配而成.     

高通量测序解析哺乳动物飞行进化的分子机制

蝙蝠(bats)是唯一能够自主飞行的哺乳动物,其前肢进化为翼手,手臂和手指显著延长,手指之间具有宽阔的指间膜.蝙蝠翼手发育与进化的分子机制,虽然已有十几年的研究历史,但仍然不明确.近期,利用先进的高通量测序技术,包括全基因组测序、转录组测序(RNA-Seq)和染色质免疫沉淀测序(Ch IP-Seq),研究者们发现大量调控蝙蝠翼手发育的差异表达基因和调控元件,证明蝙蝠翼手形成的主要原因是多基因表达模式的改变和表达调控元件的适应性分子进化.未来研究哺乳动物飞行进化的分子机制问题,应关注关键基因和重要调控元件的功能以及基因间的相互作用.     

PIWI/piRNA在癌症中的功能和机制

PIWI蛋白是PAZ/PIWI结构域家族亚家族之一的RNA结合蛋白。PIWI蛋白通常与称为“PIWI相互作用的小型非编码RNA”(piRNA)相结合形成功能复合体来发挥作用。PIWI-piRNA通路因其在抑制转座子和生殖系发育方面的重要作用而闻名。除了在生殖系中的卓越作用，PIWI蛋白也因其通常只在生殖细胞中表达而在正常体细胞组织中几乎不表达，但是PIWI 蛋白在癌变的肿瘤组织里却异常表达，使其有望成为精准靶向治疗的绝佳靶点而在近年来备受关注。在这篇综述里，我们首先回顾PIWI蛋白如何与piRNA一起多面地调控生殖系中多种不同类型的RNA的表达，然后总结PIWI蛋白和piRNA在不同类型的癌症中的表达和功能，探讨近年来关于PIWI和piRNA在癌症研究中的局限性和可能存在的误区，并对最近冲击传统观念的PIWI在癌细胞中非piRNA依赖的生物学功能和调控机制展开深入的讨论。     

稻瘟病菌坏死和乙烯诱导肽1样蛋白的原核表达、纯化与活性分析

坏死和乙烯诱导肽1(necrosis and ethylene-inducing peptide 1, Nep1)样蛋白(Nep1-like proteins, NLPs)是一类广泛存在于细菌、真菌及卵菌中的分泌型蛋白.本研究通过生物信息学分析了稻瘟病菌中的4个坏死和乙烯诱导肽1样蛋白的家族基因成员的相关信息,克隆了它们的编码区序列,分别将它们构建到了pGEX-6P-1载体中.通过优化诱导条件对它们进行了原核表达、纯化,获得了相应的可溶性目的蛋白,进一步将纯化的目的蛋白注射到烟草叶片中,发现N端融合GST标签的MoNLP1、MoNLP4蛋白仍具有生物学活性,可以明显诱发烟草叶片组织产生细胞坏死.该研究为进一步深入研究该基因家族在稻瘟病菌中的功能与作用以及开发更多潜在的植物蛋白激发子奠定基础.     

DIDS对红细胞膜上葡萄糖运输蛋白功能的影响

膜蛋白功能和其自身特殊结构间的紧密相关是不言而喻的,但在活细胞上,膜蛋白还和周围的脂质、其他膜蛋白及胞质组分存在联系,由此产生的相互作用往往对其正常生理功能的发挥及调控至关重要,本工作利用DIDS(4,4’-二异硫氰基-2,2’-二磺基芪)特异性地抑制红细胞膜上阴离子运输蛋白(Band 3),研究是否会影响膜上葡萄糖运输蛋白(GluT-l)对葡萄糖的运输特性,即确认膜上这二种蛋白质是否有相互作用调节功能.     

Bd-BH3结构域短肽对线粒体PTP的作用及其机制

在细胞凋亡过程中,线粒体通过释放促凋亡因子对细胞凋亡进行调控.而促凋亡因子的释放主要是由Bcl-2家族成员相互作用来调控的.Bcl-2家族成员在线粒体中的主要作用位点是内外膜接触点上的膜透过性转运孔(PTP).应用体外方法来探讨促凋亡蛋白Bid的BH3结构域短肽对线粒体及其PTP的作用.实验发现促凋亡蛋白Bid的BH3结构域短肽能作用于线粒体PTP,引起线粒体肿胀、跨膜电位下降和细胞色素c释放;而突变的Bid-BH3结构域短肽因为不能与抑凋亡蛋白Bcl-xL结合而没有上述作用.此外,Bcl-xL和环胞菌素A(CsA)能抑制Bid-BH3短肽引起的线粒体膜通透性改变.以上结果说明.Bid-BH3短肽通过作用于线粒体PTP而使得线粒体膜通透性改变,可能通过Bid-BH3与Bcl-xL的结合并抑制Bcl-xL的抑凋亡进而实现促凋亡作用,对合成的Bid-BH3短肽促凋亡作用的研究,为将来研究细胞凋亡调控药物提供了基础.     

RNA化学修饰m~6A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.     

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.     

植物异三聚体G蛋白调控系统研究进展

动物异三聚体G蛋白由α,β和γ3个亚基组成,通过G蛋白偶联受体(GPCR)感受外部刺激将信号转化为离子通道、酶和其他作用蛋白进而影响一系列的细胞行为.近10年对模式植物水稻(Oryza sativa)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)G蛋白的研究发现了植物有别于动物G蛋白信号传导途径的新机理.植物G蛋白与动物一样也含有α,β和γ3个亚基,但是植物Ga亚基能自发地进行GTP与GDP的交换,使得G蛋白能够自我激活,这也使得植物不需要所以也就不存在GPCR.此外,植物还有不同于动物的大型Gα亚基和非典型Gγ亚基.水稻非典型Gγ亚基表现出C端抑制N端的自我抑制机制,并显著影响产量性状.本文着重介绍模式植物拟南芥和水稻G蛋白信号调控、效应和功能的相关研究进展,总结植物与动物G蛋白信号传导的异同,讨论通过G蛋白提高农作物产量的可能性.     

植物体内草酸钙的生物矿化

草酸钙晶体在特化的植物晶异细胞内的形成是一种基本的、重要的生理代谢过程.不同植物草酸钙晶体在形态/结构上存在多样性和种间专一性,它们具有特定的尺寸和形貌,并且成核后晶体的生长和特化细胞的发育间存在显著的协同作用,这表明草酸钙的生物合成不是一种简单的化学结晶过程,而是受遗传和生物大分子的精确调控.被塑造的矿化相在特定的膜包覆空间内经历了各自不同的生物化学途径,最终形成热力学稳定相.草酸钙晶体赋予植物许多不同的功能,主要包括对高容量钙的调节和植物自我保护作用,从而间接地反映出植物在不同生境中进化的印迹.本文介绍了草酸钙晶体在植物体内合成的草酸代谢途径、钙的吸收和累积,主要讨论晶体生长过程的植物调节机制以及体外模拟生物分子对草酸钙结晶动力学过程的调控等,以期揭示植物体内草酸钙的生物矿化机制,并为仿生材料合成和人类病理结石的抑制等提供重要线索.     

SARS-CoV蛋白质组的生物信息学及其进化关系

一种新的冠状病毒 SARS-CoV是引起严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)的病原体. 对由SARS病毒全基因组序列推导出的所有蛋白质逐一进行分子量、等电点、分子消光系数等物理化学性质计算, 以及跨膜区和亚细胞定位预测, 辅以保守序列家族数据库搜索, 预测SARS-CoV功能未知蛋白质的功能. 同时, 通过SARS-CoV与其他冠状病毒蛋白质同源序列比较和进化距离计算, 分析SARS病毒的分类地位以及与其他冠状病毒的进化关系. 结果表明, 尽管SARS病毒是不同于其他3组冠状病毒的一种全新冠状病毒, 但在进化关系上更靠近牛冠状病毒BoCoV和鼠肝炎病毒MHV. 为实验测定SARS病毒蛋白质组以及抗SARS疫苗研制提供了参考和帮助.     

转移消失蛋白研究进展

转移消失蛋白(missing in metastasis,MIM)是一种重要的胞内膜调控蛋白,属于inverse BAR(I-BAR)家族成员,能结合细胞膜并在细胞极化、运动和内吞作用等过程中发挥调节功能,其表达异常与多种疾病尤其是肿瘤发生或转移相关,在神经系统、循环系统和生殖泌尿系统中也有一定作用.MIM蛋白的生物学功能包括调节肌动蛋白细胞骨架、与皮动蛋白等其他蛋白相互作用、参与细胞信号通路调控、改变细胞膜形态并促进细胞极化等,在结构上表现出典型I-BAR家族成员特征,借助其N端的I-BAR区域自聚合形成二聚体,促使细胞膜形成伪足状突起,甚至可以调控人造磷脂囊泡,但二聚体的形成也可被靶向的多肽等抑制剂阻断.除作用于蛋白I-BAR,RPTP结合域的特异性多肽外,MIM也可被RNAi干涉,在肿瘤生物治疗领域具有开发潜力.本文回顾了MIM蛋白相关医学研究进展,综述了MIM蛋白已知的生物功能,分析了MIM蛋白靶向治疗及其他应用前景,并提出了可能的研究新方向、新思路.     

组成型表达CIR1（RVE2）影响了植物中一些生物节律调控的过程和种子的萌发

生物节律是一种植物内在的、复杂而精细的生理调节系统,它使植物得以根据外界环境的周期性变化来协调自身的新陈代谢以及各种生理过程,从而与外界环境保持同步.生物节律在植物的生命过程中扮演着非常重要的角色,参与植物发育过程许多方面的调控.随着拟南芥基因组的测序完成,近年来模式植物拟南芥中的许多生物节律系统组分得到了鉴定和详细的功能研究,如CCA1,LHY,TOC1,LUX和EPR1等;这些蛋白参与调控拟南芥的生物节律,形成一个复杂的拟南芥生物节律的调控网络.     

植物果糖激酶研究进展

植物糖代谢是植物科学研究领域的前沿和热点.果糖是植物糖代谢的重要参与者,果糖磷酸化则是果糖进入代谢途径的第一道生化反应.植物果糖激酶是果糖磷酸化的高效酶,调节细胞中的果糖浓度以及有机碳在细胞中的分配及流向,在调控植物生长发育、代谢和响应环境胁迫中发挥了非常重要的作用.近年来,有关植物果糖激酶的研究越来越多,其参与生理和代谢功能的重要性也逐渐凸显,但果糖激酶参与调控的生理代谢功能和分子机制仍有待进一步深入研究.为系统地总结植物果糖激酶的特点及其在生命活动中的重要功能,本文综述了果糖激酶在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、光合作用及代谢通路中的重要作用,并提出了今后的研究趋势,以期为植物果糖激酶研究提供参考.     

巴西固氮螺菌GlnB与NifA蛋白N端结构域的相互作用

巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)可与多种重要作物联合固氮, 具有作为生物肥料的潜能. 固氮基因(nif)的转录激活蛋白NifA和PⅡ信号转导蛋白家族成员GlnB是参与该菌固氮调控的两个关键蛋白, 且NifA的活性调控依赖于GlnB. 研究结果表明, 在无氮条件下GlnB与NifA蛋白N端结构域存在相互作用, 且N端18和53位酪氨酸突变为苯丙氨酸的NifA与GlnB的互作增强. 研究还发现, NifA蛋白N端66~88位和165~176位氨基酸区域对于与GlnB蛋白的相互作用是必需的.