植物异三聚体G蛋白研究进展

植物细胞中的异三聚体G蛋白信号转导系统包括异三聚体G蛋白、G蛋白偶联受体、类受体激酶、G蛋白信号调节因子等,这些信号转导组分在感受物理及化学刺激、启动细胞内信号级联反应、调控细胞内代谢和基因表达过程中发挥重要作用.异三聚体G蛋白参与调控植物生长发育(如胚胎形成、营养器官生长、有性生殖等)、植物对生物及非生物胁迫的响应、根瘤形成等过程.因此,异三聚体G蛋白信号系统组分参与调控多种农作物的农艺性状,并最终影响农产品的产量和品质.对植物异三聚体G蛋白的结构、活化机制和生理功能等方面近年来取得的研究进展进行了回顾和总结.

异三聚体G蛋白在拟南芥生长过程中的作用

利用拟南芥的野生型和异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体(gpα1 1,gpα1 2)和超表达突变体(wGα,cGα)为材料,对植株生长发育的一些形态指标进行了观测比较.结果表明2个缺失突变体的植株高度、叶片宽度、长角果果柄长度都明显超过野生型,而超表达突变体的部分指标与野生型相比也有明显差别.实验结果表明,异三聚体G蛋白参与某些器官生长发育的调节,初步证明G蛋白α亚基在伸长生长过程中可能起负调节作用.

尖孢镰刀菌古巴专化型fgb1基因敲除突变体的构建与表型分析

为了研究尖孢镰刀菌古巴专化型G蛋白β亚基编码基因fgb1的功能,构建fgb1基因敲除突变体,分析fgb1敲除突变体的表型。结果表明:敲除fgb1基因导致突变体菌落在PDA培养基上生长减慢,产孢量和菌丝分枝减少;致病性测定结果表明fgb1基因敲除突变体对巴西蕉的致病性减弱;用激光共聚焦显微镜观察感病香蕉根系,发现fgb1基因敲除突变体仍可在根系维管束中定殖。本研究结果为进一步研究G蛋白信号传导途径在尖孢镰刀菌古巴专化型中的作用奠定了基础。

香蕉枯萎病菌假定G蛋白偶联受体基因Fogpr1的功能分析

为了研究尖孢镰刀菌古巴专化型假定G蛋白偶联受体基因fogpr1的功能,构建了fogpr1基因敲除突变体。与野生型相比,fogpr1基因敲除突变体在菌丝生长、产孢量和菌落形态等方面没有明显变化,对巴西蕉的致病性也没有降低。此外,酵母双杂交实验结果表明,Fogpr1可以与G蛋白Fga1、Fga2和Fgb1互作。这些结果表明Fogpr1可能是一个G蛋白偶联受体,但不参与调控尖孢镰刀菌的发育和致病性。

异三聚体G蛋白在2,4-D诱导的拟南芥根生长发育中的作用

利用拟南芥的野生型(ws)、异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体(gpa1-1和gpa1-2)和超表达突变体(wGα和cGα)为材料,通过施加不同质量浓度(0～0.010 mg.L-1)的2,4-D处理,对拟南芥根生长发育的形态指标进行了测定。结果表明:(1)随着培养基中2,4-D质量浓度的不断增大,5种基因型主根的伸长生长都受到抑制,且抑制作用随浓度升高而增强;4种突变体和野生型主根的生长在相同浓度2,4-D处理下,无明显差异;(2)2,4-D在一定浓度范围内,对拟南芥侧根的生长发育起促进作用;在2,4-D诱导的侧根生长中,相同浓度2,4-D处理下,缺失突变体明显比野生型侧根多,超表达突变体比野生型侧根少;gpa1-1和gpa1-2分别在2,4-D质量浓度为0.005mg.L-1和0.008 mg.L-1时的侧根数目与野生型差异最大。初步证明G蛋白不参与2,4-D诱导的拟南芥主根生长发育的调节,而在侧根生长发育中可能起负调节作用。

AtRGS1胞吞动态调控G蛋白参与拟南芥生长发育和抗性反应

异源三聚体G蛋白由Gα、Gβ和Gγ 3个亚基组成,是普遍存在于真核细胞中的跨膜信号转导因子。植物细胞通过定位于细胞质膜的G蛋白信号调节子RGS蛋白(regulator of G protein signaling),调控异源三聚体G蛋白的活性,进而参与生长发育、激素和糖信号转导以及抗病反应等多个重要生物学过程。膜蛋白可通过胞吞循环调控其在细胞质膜上的数量,以响应外界环境因子和自身发育信号。近年来,研究表明多种外界信号诱导拟南芥AtRGS1蛋白的胞吞,进而促进其与Gα亚基的解离,游离的Gα-GTP、Gβγ亚基和定位于内含体的AtRGS1蛋白均可能调控下游信号转导,进而影响相应生物学过程。本文综述了AtRGS1通过胞吞作用调控G蛋白参与的生长发育和抗性反应的分子细胞学机制研究进展,以期为深入理解G蛋白信号调节子影响植物发育进程和抗性反应的作用机制提供理论参考,为植物膜蛋白胞吞调控信号转导提供新的视角。

异三聚体G蛋白调控植物生长发育功能研究进展

异三聚体GTP结合蛋白(G蛋白)是介导真核生物生长发育及逆境响应的关键信号传导组分。动物和植物异三聚体G蛋白由α、β、γ三个亚基组成。近来研究表明,尽管G蛋白核心组分和基本的生化性质在动物和植物中保守,但植物G蛋白表现出新的调控模式。由于G蛋白参与调控植物种子产量、器官大小、生物和非生物胁迫、氮素利用效率等一系列重要的农艺性状,因此对于G蛋白的研究已经成为植物学领域的研究热点。该文对近年来国内外有关植物异三聚体G蛋白的基本组成及结构、动植物G蛋白的作用模式以及G蛋白在植物生长发育过程中的调控作用和植物在逆境胁迫(干旱、温度和盐)响应中的功能等方面的研究进展进行综述,为今后开展植物G蛋白的相关研究提供参考以及为利用G蛋白改良农作物提供理论基础。

SjGPR89蛋白对日本血吸虫生长发育的影响

目的初步探索日本血吸虫G蛋白偶联受体89(SjGPR89)在日本血吸虫生长发育中的作用。方法利用SMART网站和TMHMM网站预测其SjGPR89蛋白的蛋白结构和跨膜结构。取40只SPF级6~8周龄雌性昆明小鼠经腹部贴片法感染日本血吸虫尾蚴(200±10)条/鼠,分别于感染后第14、16、18、20、22、24、26、28、30天解剖小鼠,收集虫体,提取虫体RNA并逆转录为cDNA,采用qRT-PCR检测SjGPR89 mRNA在血吸虫中的相对转录水平。取12只SPF级6~8周龄雌性昆明小鼠,经腹部贴片法感染日本血吸虫尾蚴(60±2)条/鼠,随机平均分为SjGPR89干扰组(干扰组)和对照组,干扰组于感染后第1、6、10、14、18、22、26天经尾静脉注射SjGPR89双链RNA(dsRNA)10μg/鼠,对照组注射等量绿荧光蛋白(GFP)dsRNA。小鼠感染后第30天收集虫体,取雌、雄虫各5条,提取虫体RNA,逆转录为cDNA,采用qRT-PCR检测虫体SjGPR89 mRNA相对转录水平;用多聚甲醛乙酸乙醇(AFA)固定分开的雌、雄虫后,采用Image J软件测量虫长,并统计虫荷;采用卡红染色对雌、雄虫的性腺进行染色,荧光显微镜下观察生殖腺发育状态的变化。另取12只SPF级6~8周龄雌性昆明小鼠,经腹部贴片法感染尾蚴(40±2)条/鼠,随机平均分为干扰组和对照组,干扰组于小鼠感染后第26、30、34、38天经尾静脉注射10μg dsRNA/鼠,于第42天解剖小鼠,取肝组织,qRT-PCR检测肝组织中胶原Ⅰ、胶原Ⅲ、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)mRNA的相对转录水平;肝组织经5%NaOH消化后,计数每克肝组织虫卵数;制备肝切片,Masson染色后镜下观察肝纤维化程度。结果TMHMM网站预测结果显示,SjGPR89为一种较保守的9次跨膜的G蛋白偶联受体;SMART网站预测结果显示,SjGPR89蛋白由4个跨膜区域、1个高尔基pH调节受体(GPHR)结构域、1个低复杂度区域和一个脱落酸(ABA)G蛋白偶联受体(GPCR)结构域组成。qRT-PCR检测结果显示,小鼠体内不同发育时期(14~30 d)日本血吸虫的SjGPR89 m RNA相对转录水平较平稳,仅雌虫在感染小鼠后的第26~28天有大幅上升。感染后第30天,qRT-PCR检测结果显示,干扰组雌、雄血吸虫中SjGPR89的mRNA相对转录水平分别为307.70±58.21、97.88±11.38,较对照组的767.10±142.79、182.02±7.42(t=5.96、12.39,均P<0.01)敲低了59.89%和46.23%;干扰组雌、雄虫的虫长分别为(12.13±2.67)、(10.00±1.72)mm,较对照组的(13.67±1.74)、(11.48±1.94)mm(t=4.10、5.09,均P<0.01)减短了11.22%和12.93%;干扰组雌、雄虫的虫荷数分别为(23.00±1.83)、(23.75±2.99)条,较对照组的(26.75±0.96)、(31.00±3.56)条(t=3.64、3.12,均P<0.05)减少了14.02%和23.39%。卡红染色结果显示,干扰组雌虫的性腺发育出现延滞状态,卵巢和卵黄腺着色较浅,且卵巢的面积远小于对照组;雄虫的性腺发育不充分,形态大小较对照组小。干扰组的每克肝组织虫卵数为(2777.33±197.94)个,较对照组的(5871.32±875.25)个(t=5.97,P<0.01)减少了52.70%。感染后第42天,Masson染色观察结果显示,干扰组小鼠肝胶原纤维面积小于对照组;qRT-PCR检测结果显示,干扰组小鼠肝组织中的胶原Ⅰ、胶原Ⅲ、α-SMA mRNA相对转录水平分别为530.20±246.81、825.26±139.82、551.59±189.94,均低于对照组(t=3.81、2.50、4.72,均P<0.05)。结论干扰SjGPR89蛋白可抑制日本血吸虫的生长发育、生存能力和雌虫产卵,减轻对宿主肝脏的病理损伤。