植物热激蛋白功能及表达调控的研究进展

热激蛋白(heat shock proteins,HSPs)在生物体中广泛存在,作为分子伴侣(molecular chaperone)参与蛋白质的折叠、转运、降解以及蛋白复合体的组装等。热激蛋白的种类及其功能具有多样性,并且在细胞内定位于胞质和核以及质体(plastid)、线粒体和内质网等多种细胞器。热激蛋白在植物响应冷、热、盐和干旱等非生物胁迫中具有重要的作用。同时,其还参与植物应对细菌、真菌和病毒等生物胁迫。此外,热激蛋白在植物体的生长发育过程中也发挥着重要作用。本文对热激蛋白的种类及其在植物生长发育和逆境响应中的功能进行了总结和讨论,以期为相关研究提供参考。

转录组测序分析外源水杨酸诱导茶树热激蛋白基因的响应

水杨酸是诱导植物抗性机制中重要的信号分子,外源喷施水杨酸能够调控多种防御相关蛋白质,提升农作物的抗病能力。开展外源水杨酸诱导茶树抗性机制的研究能够挖掘抗病基因,为茶树抗病育种提供分子基础。本研究采集外源喷施水杨酸0 h、6 h、12 h、24 h、48 h的茶树叶片进行转录组测序与分析,结果表明,外源喷施水杨酸6 h、12 h、24 h、48 h时茶树叶片内差异表达基因数量分别为9 360个、3 399个、596个、115个,外源水杨酸处理后各时间点均发生差异表达的基因共604个。KEGG功能富集结果显示,处理后6 h时富集于植物激素信号转导、植物-病原菌互作、核糖体、剪接体和碳代谢通路上的差异表达基因数量分别为95个、73个、121个、94个、154个。差异表达基因中有12个热激因子基因、40个热激蛋白基因和12个WRKY家族转录因子基因上调表达。处理48 h后,无上调表达的热激因子基因,但仍有28个热激蛋白基因上调表达。病程相关蛋白基因在检测阶段均上调表达。外源水杨酸的诱导作用在处理6 h时最为明显,并且引起了大量热激蛋白的响应。本研究结果为开展外源水杨酸诱导茶树抗病机制和茶树抗病分子育种研究提供了参考。

春尺蠖热激蛋白AcinHsp70基因的克隆、分子特性与表达分析

【目的】克隆春尺蠖热激蛋白Hsp70基因,分析其理化性质与表达情况,探究该基因在春尺蠖应对外界不利环境中的作用。【方法】基于前期所测转录组数据(春尺蠖幼虫不同低温胁迫),克隆获取Hsp70基因,命名为AcinHsp70(GenBank登录号:OP750249);利用生物信息分析软件对Hsp70基因的理化性质进行分析;采用qPCR技术检测AcinHsp70基因在不同温度(-10、-5、0、5和25℃)胁迫中回温与不回温及4℃不同时间处理下的表达谱。【结果】春尺蠖AcinHsp70基因完整CDS序列全长1899 bp,编码633个氨基酸,蛋白质预测分子量为69.91 kDa,预测等电点为5.51。在N端均不含信号肽且无跨膜区。磷酸位点检测分别发现丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸位点24、26和8个;未发现糖基化位点。该蛋白的平均亲水性为-0.507,预测不稳定系数为33.19,故该蛋白属于亲水稳定蛋白,亚细胞定位结果显示,其主要位于细胞质。序列一致性比对与系统进化树分析结果显示,春尺蠖与庆网蛱蝶(Melitaea cinxia)亲缘关系最近,序列一致性达92.91%。基因表达结果显示,不同温度(-10℃除外)胁迫下,AcinHsp70基因表达量均无明显差异,回温后表达量显著上调。AcinHsp70基因表达量总体呈先升后降趋势,在4℃处理1 h后表达量达到最大值。【结论】AcinHsp70基因与春尺蠖应对低温胁迫的响应密切相关,结果有助于揭示该基因在低温胁迫下的分子功能。

高温胁迫下火龙果转录组及热激蛋白响应分析

为探究火龙果(Selenicereus spp.)高温胁迫后基因表达变化,研究火龙果高温胁迫响应的关键基因,挖掘耐高温基因资源。本研究通过RNA-seq对25℃及40℃处理24 h的火龙果枝条进行测序,从系统生物学角度对差异表达基因进行分析。结果表明,火龙果在遭遇40℃胁迫24 h后,与25℃胁迫相比,枝条中有2 408个基因的表达发生显著变化,其中基因包括165个转录因子,占基因总量的6.7%;表达量上调2~587倍或者下调2~59倍。热激蛋白(HSP)在胁迫后表达量上调尤为显著,差异表达基因中上调程度最高的10个基因均为HSP,可能具有重要的胁迫耐受作用。通过qPCR对不同胁迫时间样品该10个HSP表达量检测发现,HSP18.2,HSP21,HSP22,HSP23.5,HSP23.6在胁迫5 h后表达量即上调至50倍以上,尤其是HSP21,在胁迫5 h后表达量即上调391倍,在10 h时表达量达到最高水平,上调589倍,响应速度高于其他基因。HSP的快速响应可能和火龙果的高温耐受性有关,HSP21可以作为火龙果高温胁迫的信号基因。

松墨天牛热激蛋白MaltHSP40s基因的克隆及表达特性分析

松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方林区重要的蛀干害虫,也是我国重大林业外来入侵物种松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的主要传播媒介。为探究热激蛋白HSP40在松墨天牛抵御高温胁迫中的功能,基于松墨天牛转录组数据(GenBank登录号:PRJNA548205),通过RT-PCR技术克隆两条松墨天牛HSP40基因,并对其进行生物信息学分析;使用MEGA 7.0软件构建松墨天牛HSP40系统进化树;利用RT-qPCR技术检测16日龄松墨天牛雌雄成虫各组织HSP40基因在不同温度与时间处理条件(35℃、37℃、40℃、42.5℃和45℃;0 h、1 h、2 h和3 h)下和高温42.5℃处理3 h后的组织表达特性。结果表明:克隆获得松墨天牛两条HSP40基因MaltHSP40-1(GenBank登录号:MW690168)和MaltHSP40-2(GenBank登录号:MW690169),其ORF长度分别为1206 bp和1059 bp,分别编码401个和352个氨基酸,分子质量分别约为45.24 kDa和39.25 kDa,等电点分别为6.73和9.07;两条序列中均存在含有保守的HPD基序以及DNA-J结构域;蛋白三维结构中均由N端的4个α螺旋和C端的底物结合域构成。系统进化树显示:MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AglaHSP40-1和AglaHSP40-2遗传距离最近。RT-qPCR结果显示,高温胁迫可诱导松墨天牛HSP40基因的转录表达,雌雄成虫的MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别在35℃和37.5℃的条件下开始表达上调,在40℃或42.5℃时到达峰值,雄虫HSP40的相对表达量和上调倍数均高于雌虫;MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在松墨天牛雌雄成虫的各组织中均有表达,42.5℃处理3 h后,MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在各组织中的相对表达量均显著上调,精巢和卵巢中相对表达量最高。本研究表明MaltHSP40-1和MaltHSP40-2作为辅助分子伴侣,参与松墨天牛抵御高温胁迫。研究结果有助于深入探究热激蛋白在松墨天牛应对高温胁迫中的作用,也为揭示气候变暖背景下松墨天牛及松材线虫病的流行成灾机理提供理论依据。

过表达热激蛋白70促进C2C12细胞糖酵解相关基因表达

本文旨在研究热激蛋白70(70-kD heat shock proteins,Hsp70)过表达对C2C12细胞成肌成脂状态下糖酵解的影响。本文以C2C12细胞为研究材料,采用腺病毒过表达Hsp 70基因,通过荧光定量PCR技术和Western印迹技术检测糖酵解基因的表达变化。研究表明,在C2C12细胞成肌分化的过程中,Hsp 70基因与Gsk3β、Pkm、Prkag3、Pfkm和Hk-2基因表达趋势基本一致,推测Hsp70在成肌分化过程中与糖酵解途径有关。细胞过表达Hsp 70在成肌分化后期能显著上调Gsk3β、Pkm、Prkag 3和Pfkm基因的表达(P<0.05),对Hk-2基因的表达未见显著影响(P>0.05)。C2C12细胞成脂诱导过程中,Hsp 70基因与Gsk3β、Pkm、Prkag3、Pfkm和Hk-2基因表达趋势基本一致,推测Hsp70在成脂诱导过程中与糖酵解途径有关。过表达Hsp 70时,C2C12细胞成脂诱导中后期,脂滴数量明显高于对照组,Gsk3β、Pkm、Prkag 3和Pfkm基因的表达显著上调(P<0.05),Hk-2基因的表达未见显著影响(P>0.05)。综上所述,Hsp70在C2C12细胞成肌成脂状态下,通过促进糖原分解为6-磷酸葡萄糖,从而加强糖酵解途径,为Hsp 70基因对C2C12细胞糖酵解的功能研究提供参考。

过量表达叶绿体小分子热激蛋白提高番茄的抗寒性(英文)

小分子热激蛋白与植物耐寒性提高有相关性,但是没有直接的实验证据能证明小分子热激蛋白的存在增加植物抗寒性。我们克隆了番茄叶绿体(定位)小分子热激蛋白cDNA,并将35SCaMV启动子驱动的番茄叶绿体小分子热激蛋白cDNA植物表达构架导入番茄,测定转基因番茄和未转基因番茄的抗寒性水平。低温处理后,转基因番茄的冷害症状轻于未转基因的番茄;转基因番茄细胞电解质外渗较少、花青素和MDA累积量较低;净光合速率和叶绿体含量高于对照。这些实验结果说明叶绿体小分子热激蛋白的过量表达提高了植物抗寒性。

过表达番茄叶绿体小分子热激蛋白提高植株的耐热性

小分子热激蛋白是植物受到热胁迫后的主要表达产物之一,与植物细胞耐热有密切关系.我们将由CaMV35S启动子驱动的叶绿体小分子热激蛋白cDNA导入番茄,Northern及Western印迹分析表明,叶绿体小分子热激蛋白在转基因番茄中呈现组成型表达,通过测定转基因番茄和未转基因番茄的耐热性,发现转基因株系基础耐热性强于对照,说明叶绿体小分子热激蛋白的过量表达提高了植株的基础耐热性.

昆虫及其它生物热激蛋白家族成员间互作机制研究进展

热激蛋白作为生物体抵御外界胁迫最重要的蛋白之一,在物种生存甚至种群繁衍过程中具有不可替代的作用。研究表明热激蛋白密切参与蛋白质成熟的各个步骤,包括蛋白质折叠、蛋白质易位和蛋白质组装,一些成员还参与转录因子和蛋白激酶的调节。同其它大部分蛋白一样,热激蛋白家族成员间也存在互作关系,部分热激蛋白甚至需要其他家族成员配合才可以充分发挥作用。因此热激蛋白家族成员间互作机制的相关研究对于了解热激蛋白功能和作用机制等方面具有重要意义。目前研究较为深入的互作机制包括Hsp90和Hsp70直接相互作用及功能协作、Hsp70和Hsp40配对结合发挥特定功能、Hsp60和Hsp10共同参与转运蛋白质的折叠和组装等,就当前已经报道的Hsp90和Hsp70、Hsp70和Hsp40以及Hsp60和Hsp10间的互作机制特别是在昆虫中的相关研究进展进行了综述,旨在为进一步深入研究昆虫热激蛋白功能及作用机制提供参考,并为害虫防治和益虫利用提供启示。

KK-42对凡纳滨对虾热激蛋白基因表达的诱导作用

为探讨咪唑类物质KK-42可能的作用机制,首次克隆了热激蛋白90(HSP90)部分mRNA序列,研究了HSP90以及HSP70基因的时空表达以及KK-42对其表达的影响。将体长3.5～5.0cm凡纳滨对虾幼虾随机分为2组,分别用1.95×10-4mol/L的KK-42溶液或不含KK-42的溶液浸泡处理1min,之后在相同条件下常规饲养。结果显示,HSP90和HSP70在凡纳滨对虾大颚器官、眼柄、肌肉和肝胰腺都有表达,其中,肝胰腺中的表达水平较高。实验期间,肝胰腺中两种HSPmRNA水平虽有一定波动,但含量相对较低;KK-42处理可显著诱导肝胰腺HSP的表达,在处理后第1、2、3天,HSP70和HSP90mRNA含量分别比相应的对照组升高了243.4%、141.3%、410.5%和121.6%、505.5%、481.7%。结果表明,KK-42处理可显著提高凡纳滨对虾肝胰腺HSP90和HSP70基因的转录水平。

高温胁迫下桃小食心虫热激蛋白Hsp90和Hsp70基因的克隆及序列分析

桃小食心虫(Carposina sasakii Matsumura)是果树上重要的食心虫类害虫,热激蛋白Hsp90和Hsp70在昆虫抵御温度胁迫反应中具有重要作用。采用RT-PCR方法克隆获得了高温胁迫下桃小食心虫热激蛋白Hsp90和Hsp70基因c DNA部分序列,并对其进行分析,为深入揭示桃小食心虫对环境适应的分子机理提供理论依据。已获得的桃小食心虫热激蛋白Hsp90基因(Gen Bank登录号:KJ139642)序列长420bp,编码139个氨基酸残基,推导的氨基酸序列中含有热激蛋白90家族的一段序列为YSNKEIFLRE的特征序列,并且c DNA序列在N端具有Hsp90基因保守的ATPase结构,该序列与天蚕(Antheraea yamamai)和柞蚕(Antheraea pernyi)等昆虫的氨基酸序列一致性高达99%。已获得的Hsp70-1基因(Gen Bank登录号:KJ139643)和Hsp70-2基因(Gen Bank登录号:KJ139644)序列长均为305bp,编码101个氨基酸残基。Hsp70-1基因推导的氨基酸序列与家蚕(Bombyx mori)的氨基酸序列一致性为94%,Hsp70-2基因推导的氨基酸序列与小菜蛾(Plutella xylostella)和烟草夜蛾(Manduca sexta)等昆虫的氨基酸序列一致性为96%。

热激蛋白抑制剂与肿瘤的研究进展

热激蛋白(HSP)在协助人类细胞正确折叠、激活以及装配方面起关键作用,并影响肿瘤细胞增殖、分化、浸润、血管生成、转移和细胞凋亡。同时,其还能促使肿瘤细胞刺激免疫系统并产生免疫应答,HSP作为新的肿瘤靶向治疗位点已经进入临床应用。最新的研究表明,格尔德霉素类似物以及其他新型小分子HSP抑制剂能抑制与肿瘤相关的HSP伴侣蛋白的活性,从而发挥抗肿瘤作用,但仍需进一步的临床试验对其进行评估。该文就HSP抑制剂在抗肿瘤方面的应用进行综述。

苹果蠹蛾热激蛋白Hsp90基因的克隆及热胁迫下的表达分析

世界检疫性害虫苹果蠹蛾Cydia pomonella是一种温度耐受可塑性很高的物种。本研究针对温度波动可能导致其耐热性增强的科学问题,采用生测法鉴定了苹果蠹蛾实验种群的高温耐受阈值,采用同源克隆、RACE和实时荧光定量PCR(RT-qPCR)等方法研究了苹果蠹蛾热激蛋白Hsp90基因的应激表达对耐热性的重要作用。高温耐受阈值研究结果表明,苹果蠹蛾实验种群的死亡率随温度的升高和时间的延长显著性升高,1-5龄幼虫分别经50℃和52℃高温处理2,5和10min后,3龄幼虫耐热性最差,5龄幼虫最强。50℃和52℃分别处理10min和5min均可导致1-4龄幼虫全部死亡,而5龄幼虫在这两种处理下仍有25.0%和11.1%的存活率。以35℃处理的5龄雌幼虫为材料克隆苹果蠹蛾Hsp90基因全长cDNA,结果显示该基因全长为2470bp,完整开放阅读框为2148bp,共编码716个氨基酸,预测分子量为82.07kDa,命名为Cphsp90(GenBank登录号JN624775)。该基因编码的氨基酸序列与亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis和甘蓝夜蛾Mamestra brassicae等昆虫的Hsp90的氨基酸序列一致性高达96%,表明了Hsp90家族的保守特性。Cphsp90mRNA的相对表达量在32～44℃高温胁迫下随温度的升高而显著增高,证实Cphsp90是诱导型热激基因,且mRNA相对表达量与胁迫程度正相关。Cphsp90基因的表达还具有组织特异性,35℃处理幼虫的表皮中Cphsp90相对表达量显著高于血淋巴、脂肪体和中肠,应激响应最为活跃。与未经温热预处理的昆虫相比,35℃温热预处理3h后的5龄幼虫在40,45和50℃更高的温度胁迫下,Cphsp90mRNA达到最高表达量所需要的胁迫温度有所提升,由未经预热处理的40℃处理10min提高到45℃处理10min,这与温热预处理会增强5龄幼虫耐热性的现象相符,表明Cphsp90基因的响应表达在苹果蠹蛾耐热性及其可塑性过程中发挥重要的作用。

可溶性寡糖和小分子的热激蛋白与杂交水稻种子成熟过程中发芽能力及种子活力相关

系统研究了不同成熟期Y两优689杂交水稻种子的活力、可溶性寡糖含量和小分子热激蛋白表达量的变化。运用模糊隶属函数法综合分析种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、平均发芽时间、根数、根长、苗高、苗重发现,授粉后19~34 d的种子生活力与活力均较高。种子成熟过程中含水量呈下降趋势,授粉后10~22 d,种子含水量从48.2%下降至23.9%;鲜种子棉子糖与果糖含量分别呈上升和下降趋势;水苏糖和葡萄糖呈先上升后下降趋势。授粉后10~19 d,小分子热激蛋白64SHsp18.0和Os03g0267200基因的表达量均呈上升趋势,此后相对表达量下降。水分、棉子糖、水苏糖和蔗糖等物质含量,鲜种子及干种子的千粒重,以及64SHsp18.0和Os03g0267200基因的相对表达量均与种子发芽密切相关。

番茄热激蛋白90的全基因组鉴定及分析

热激蛋白90（Heat shock protein 90，Hsp90）是植物应对不良环境胁迫产生的一类特定的抗逆蛋白。文章以番茄（Solanum lycopersicum L.）基因组数据为平台，借助生物信息学方法对Hsp90基因家族进行鉴定与分析。结果表明，番茄至少含有7个Hsp90基因，不均匀分布在6条染色体上，氨基酸序列长度为267~794aa，内含子数目为2~19；共线性分析发现两对基因（Hsp90-1和 Hsp90-3，Hsp90-5和 Hsp90-7）以片段重复形式存在。MEME（Multiple Em for Motif Elicitation）分析显示，番茄Hsp90基因编码的氨基酸序列具有多个保守基序；聚类分析揭示番茄、水稻（Oryza sativaL.）和拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）Hsp90基因可以分为5组，存在3对直系同源基因和4对旁系同源基因；基于RNA-seq数据库表达分析发现，3个基因（Hsp90-5、Hsp90-6和Hsp90-7）在营养器官和生殖器官中表达量较高，4个基因（Hsp90-1、Hsp90-2、Hsp90-3和Hsp90-4）除在番茄转色后10 d的果实中表达量较高外，其余组织中表达量均较低；对Hsp90基因启动子序列进行分析，发现了多个参与植物对逆境胁迫的顺式作用元件，如 HSE、CCAAT-box。此外，qRT-PCR 检测结果表明，在叶片热胁迫条件下，番茄Hsp90基因的表达量均存在增强趋势，表明这些基因参与了番茄叶片应对高温胁迫的反应。研究结果为鉴定番茄Hsp90基因的功能和进化起源奠定了基础。

温度、热激蛋白与高粱育性的变化

高粱不育系3A在热激(43～45℃)诱导下结出了种子,由不育系转变为可育系。比较3A和3B线粒体在热激条件的热激蛋白得知,它们的热激蛋白是由核编码的,在细胞质中合成后才运到线粒体中,热激2h,3A出现70、31、24、18和16kDa 5条蛋白带,3B除出现上述5条蛋白带外还多出现96、94kDa 2条,而且70kDa含量比3A大。热激4h,3B的96、94kDa消失,两系趋于一致。此时,3A和3B线粒体总蛋白比热激前大量增加。此后HSPs急剧降低。热激8h,3B线粒体仅有70、31、24和16kDa 4条蛋白带,70kDa特别明显,而3A则全部消失。从而表明,HSPs在3B中是稳定的,在3A中是缺乏或不稳定的,这些差异可能与3B育性稳定性及3A不育性有关。

Bright Yellow 2烤烟热激蛋白90生物信息学分析

【目的】分析Bright Yellow 2烤烟热激蛋白90(HSP90)的生物学信息,为揭示烘烤过程中烟叶的烘烤特性提供理论依据。【方法】从NCBI中获取Bright Yellow 2烤烟HSP90蛋白序列Nt HSP-1、Nt HSP-2和Nt HSP-3(Gen Bank登录号分别为BAL42333、BAL42332和BAM24708),利用生物信息学软件对各序列进行理化特性、跨膜区、信号肽、亚细胞定位、二级结构和三级结构预测分析。【结果】Bright Yellow 2烤烟Nt HSP-1、Nt HSP-2和Nt HSP-3的氨基酸数量分别为812、811和699个,均以酸性氨基酸含量较多,其中谷氨酸(Glu)含量最高,理论等电点均小于5.00,二级结构均以α-螺旋(H)和无规则卷曲(C)为主。Nt HSP-1和Nt HSP-2的亲水性较高,具有较高的稳定性,属于分泌蛋白,具有锚定结构,定位于内质网,其三级结构呈现"r"形,N端内部具有Mg2+结合位点、HATPase_c(ATP酶)和top6b(DNA拓扑异构酶VI)功能域;Nt HSP-3为非分泌型蛋白,定位于叶绿体,三级结构呈现"i"形,N端含有Mg2+结合位点和HATPase_c功能域。【结论】Nt HSP-1和Nt HSP-2可能与烟叶耐烤性有关,而Nt HSP-3可能与烟叶易烤性有关。

植物热激蛋白70的分子作用机理及其利用研究进展

热激蛋白70(HSP70,heat shock protein 70)广泛参与胁迫环境的响应,在诱发人体肿瘤细胞凋亡,增强肿瘤的免疫原性中起着重要作用。然而,植物HSP70的生理功能研究起步较晚,最近的研究发现植物HSP70在细胞内主要参与新生肽的折叠与成熟、损伤蛋白的降解和蛋白运输;植物HSP70在非生物胁迫环境的应答、抗病性及植物发育中起着重要作用。本文从分子生物学角度,系统综述了植物HSP70分子作用机理研究的进展,以及在提高植物抗逆性方面的作用,以期为基因工程方法改良作物抗性提供参考。

玉米热激蛋白70基因对温度胁迫的响应

利用RT-PCR技术从玉米自交系H21叶片中克隆获得一热激蛋白70(HSP70)基因的完整开放阅读框,全长1 737 bp,编码578个氨基酸,命名为ZmHSP70。编码的氨基酸与其他作物比对分析表明,ZmHSP70与高粱中一推测的蛋白(SbHSP70,XP_002465635)同源性最高,达95%,与水稻中一推测的蛋白(OsHSP70,EAY89062)同源性达87%。半定量RT-PCR的结果表明,该基因明显受42℃热激诱导表达,热激2 h其表达量达最大值;4℃冷胁迫也能诱导ZmHSP70表达量增加,冷胁迫4 h,其表达量达最大值。ZmHSP70是一个受温度诱导的热激蛋白。

植物热激蛋白90的分子作用机理及其利用研究进展

热激蛋白90(HSP90,heat shock protein 90)广泛介导了胁迫信号的传递,在控制人体细胞正常生长和促进肿瘤细胞发育中起着重要作用。目前,HSP90已成为细胞免疫、信号转导以及抗肿瘤研究的前沿课题。但植物HSP90的生理功能研究起步较晚,最近的研究发现HSP90在植物发育、胁迫环境的应答以及抗病性中起着重要作用。本文从分子生物学角度,系统综述了植物HSP90分子作用机理研究的最新进展,以及在改良植物抗性上的应用,以期为通过基因工程方法改良作物抗性提供参考。