Δ’吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因在水稻上的荧光原位杂交(英文)

脯氨酸的积累与植物对干旱和盐胁迫的抗性有关。P5CS基因编码一个双功能酶 ,具有谷氨酸激酶和谷氨酸 -γ -半醛脱氨酶活性 ,催化脯氨酸合成过程中的前 2步反应。它是脯氨酸合成的限制因子。用生物素标记的荧光原位杂交技术 ,以蛾豆 (Vignaaconitifolia)中克隆到的P5CS基因作探针对水稻进行物理作图。该探针定位于水稻第 9染色体的短臂近端点处 ,信号点距着丝粒的相对距离为 ( 5 1 .79± 1 .2 4 ) %。

甘蔗△^1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因（P5CS）的克隆及其表达分析

△1-吡咯琳-5-羧酸合成酶是植物脯氨酸合成过程的关键酶。应用同源性克隆结合RACE技术获得甘蔗P5CS基因cDNA全长序列2714bp,其中5′端非编码区为226bp,3′端非编码区340bp,poly(A)上游有1个聚腺苷酸五碱基AATAAA;开放读码框为2148bp编码715个氨基酸,含双功能域;其编码的蛋白分子量为77.7ku,等电点为6.47。序列比对分析结果表明,P5CS基因的4个主要功能区(domain)中亮氨酸功能区(Leucinedomain)相对不保守,其它功能区均较为保守。对17个物种的P5CS基因进行聚类分析,结果与公认的生物学分类及进化关系吻合。对甘蔗P5CS在根、茎、叶的表达进行实时PCR分析,结果表明,该基因在茎、叶表达量相近,但在根的表达量极低。

朝鲜碱茅Δ’-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因的克隆及表达分析

脯氨酸在提高植物抗逆性方面起着非常重要的作用。本研究以朝鲜碱茅茎叶组织提取的RNA为模板,根据已报道的P5CS基因同源序列设计引物,通过RT-PCR法扩增出1个P5CS的cDNA序列,全长2 158 bp,是一个完整开放阅读框,编码含716个氨基酸的蛋白,Genebank登陆号为:HQ637435。与其他植物P5CS基因进行同源性比对的结果显示,朝鲜碱茅P5CS基因的核苷酸和氨基酸序列与小麦的同源性最高。并对其信号肽、疏水性、跨膜结构、二级结构和主要功能域做了预测。半定量RT-PCR结果表明,PuP5CS基因在朝鲜碱茅的根部和叶片均有表达,但是根部的表达量较低,叶片中的表达量较高,在4种胁迫处理条件下,表达规律也不尽相同。

吡咯啉-5-羧酸合成酶在人肝癌组织中表达及其对人肝癌细胞系铁死亡的调控作用观察

目的 观察吡咯啉-5-羧酸合成酶(Pyrroline-5-carboxylate synthase,P5CS)在肝细胞癌(Hepatocellular car-cinoma,HCC)组织中的表达变化及其对人肝癌细胞系铁死亡的调控作用。方法 (1)HCC及癌旁组织P5CS检测:选择10例HCC患者的癌组织及癌旁组织,采用免疫组化法检测HCC及癌旁组织P5CS蛋白;(2)P5CS对人肝癌细胞系Li-7、Huh-7铁死亡的调控作用观察:取对数生长期Li-7、Huh-7,用si ALDH18A1[乙醛脱氢酶家族18成员A1(AL-DH18A1)可编码P5CS蛋白]转染细胞,采用q RT-PCR法检测转染前后Li-7及Huh-7细胞脂质过氧化物合成相关基因ACSL4、LPCAT3、LOX-15,采用WESTERN Blotting法检测转染前后Li-7及Huh-7细胞铁死亡相关蛋白溶质载体家族7成员11(SLC7A11)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)。取转染前后Li-7及Huh-7细胞各分为2组,分别加入5μmol/L的铁死亡诱导剂Erastin、同体积DMSO,采用C11-BODIPY荧光探针检测各组细胞脂质过氧化物含量。取转染前、后Li-7及Huh-7细胞各分为2组,分别加入5μmol/L的GPX4靶向抑制剂RSL-3、5μmol/L的Erastin、同体积DMSO,采用C11-BODIPY荧光探针检测各组细胞脂质过氧化物含量。结果 HCC及癌旁组织P5CS蛋白相对表达量分别为6.80±2.10、0.40±0.20,二者比较,P<0.05。与转染前比较,转染后Li-7及Huh-7细胞SLC7A11、GPX4蛋白相对表达量低(P均<0.05)。与转染前比较,转染后加入Erastin、RSL-3的Li-7、Huh-7细胞脂质过氧化物含量均升高(P均<0.05)。与加入Erastin者比较,转染后加入RSL-3的Li-7、Huh-7细胞脂质过氧化物含量高、细胞活性低(P均<0.05)。结论 HCC组织中P5CS表达升高。P5CS可抑制Li-7及Huh-7细胞的铁死亡,P5CS可能通过抑制细胞GPX4表达,调控Li-7及Huh-7细胞的铁死亡。

玉米1-吡咯啉-5-羧酸合成酶在非生物胁迫下的表达分析

脯氨酸在植物渗透调节中起举足轻重的作用,1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸的谷氨酸合成途径中的关键酶,为了研究玉米P5CS基因家族与玉米抗逆性的关系,对玉米幼苗进行了非生物胁迫(干旱、低温、盐胁迫)处理,利用半定量RT-PCR技术分析了ZMP5CS基因家族在不同胁迫条件下的表达特性。结果表明,ZMP5CS基因家族中除ZM02G27230以外的基因不论地上部叶还是地下部根均被干旱胁迫诱导上调表达,但各成员之间其表达量最高点出现的时间不同;相同处理同一基因相同的处理时间点地上部与地下部基因表达量存在差异,在干旱胁迫下ZM08G14210的表达量最高,在盐胁迫下ZM08G31890的表达量最高,在低温胁迫下ZM06G25580的表达量最高,说明ZMP5CS基因家族表达受非生物胁迫的诱导。

拟南芥P5CS1基因转化羽衣甘蓝增强耐盐性分析

【目的】分析转拟南芥△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1)基因羽衣甘蓝的耐盐性,为获得较强的耐盐性羽衣甘蓝品种及其抗逆育种提供理论依据。【方法】将拟南芥P5CS1基因(AtP5CS1)经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植物中,在盐胁迫下,分别检测转基因植株与野生型植株的AtP5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、株系根系性状、整株干质量和鲜质量、叶片相对水含量、叶片电导率和整株存活率。【结果】在150 mmol/L NaCl胁迫下,转基因植株的P5CS1基因mRNA可正常表达,与对照相比,转基因株系Y1、Y2的主根和最长侧根长度较长,侧根数目较多,整株干质量和鲜质量较重;而且相对水含量显著高于对照植株(P<0.05,下同),脯氨酸含量及存活率均极显著高于对照植株(P<0.01),叶片相对电导率显著低于对照植株。【结论】转AtP5CS1基因植株的耐盐表型优于对照,即AtP5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的耐盐性。

普通烟草抗渗透胁迫基因NtP5CS的克隆与表达分析

从普通烟草中克隆脯氨酸合成的关键酶基因P5CS,分析其序列特征、进化关系、表达模式,以期为烟草的抗逆研究奠定基础。设计兼并引物获得P5CS基因中间片段,利用RACE技术扩增其全长cDNA;采用生物信息学技术分析该基因的序列结构及其编码蛋白的保守域及基本特性;利用RT-PCR研究其表达模式。从受干旱胁迫诱导的普通烟草品种中烟14中克隆到全长为2584bp的烟草P5CS基因,命名为NtP5CS,GenBank登录号为HM854026,开放读码框为2160 bp,编码719个氨基酸。经Blast同源性比对分析,该序列与番茄tomPRO2基因在核苷酸和氨基酸水平上高度同源。系统进化树分析显示,NtP5CS与番茄tomPRO2基因可能是直系同源基因。RT-PCR分析表明,干旱、低温、ABA、高盐等胁迫条件均可诱导NtP5CS基因的上调表达,且在旺长期和胁迫条件下根和叶中表达量最高。首次从普通烟草中克隆得到P5CS基因,该基因对水分胁迫响应,可能参与普通烟草抗渗透胁迫反应。

转拟南芥P5CS1基因羽衣甘蓝的抗寒性

为提高羽衣甘蓝的抗寒性,本试验将拟南芥△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1)基因经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植株中,检测转基因株系在4℃低温胁迫下P5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、可溶性糖含量、相对电导率、叶绿素荧光参数(Fv/Fm)和植株存活率。结果显示,在4℃低温胁迫下,转基因植株的P5CS1基因的mRNA过量表达,脯氨酸含量、可溶性糖含量、Fv/Fm和植株存活率均显著高于野生型对照(P<0.05),但丙二醛含量和相对电导率均显著低于野生型对照(P<0.05)。表明拟南芥P5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的抗寒性。

木薯及其他植物P5CS基因进化及表达分析

该研究采用生物信息学的方法,从木薯等31个已完成基因组测序的植物中,共鉴定出84个吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因,并对其进行系统发育分析。结果表明:(1)P5CS在内含子长度上差别较大,而在氨基酸长度、外显子数目、等电点和分子量上差别不大。(2)由于发生基因重复,在大多数单子叶和双子叶植物中都有2个P5CS,而且在单子叶和双子叶植物中均发现P5CS1基因聚类在一组,而P5CS2基因聚类在另一组,支持P5CS1和P5CS2基因是独立起源,且该重复事件发生在单子叶和双子叶植物分化之前。(3)在某些植物(如蒺藜苜蓿、大豆等)中存在3~7个P5CS基因,表明在单子叶和双子叶植物分化之后P5CS基因又发生了多次重复事件,并将它们归纳为4种进化模式。(4)木薯中有2个P5CS基因,表达分析显示,MeP5CS1和MeP5CS2在叶片、叶柄、茎、须根和储藏根中均可检测到,其中MeP5CS1在叶片中表达较高,而MeP5CS2在茎和储藏根中表达较高。(5)干旱胁迫下,MeP5CS1仅在第一片完全展开叶中被显著诱导,而MeP5CS2在第一片完全展开叶和老叶中均能被显著诱导;低温胁迫下,MeP5CS1和MeP5CS2在不同组织中均能被显著诱导,但具有不同的表达模式。研究表明,木薯的MeP5CS1和MeP5CS2基因在转录水平受到干旱、低温等非生物胁迫的调控。

玉米Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因家族生物信息学分析

Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Delta-1-pyrroline-5-carboxylate synthase,P5CS)是脯氨酸代谢途径的关键酶,对植物抵抗逆境胁迫起至关重要的作用。为了探索P5CS在玉米对逆境胁迫的响应,本文对5个玉米P5CS基因家族蛋白的基本理化性质、二级结构预测、亚细胞定位、基因结构、进化关系及保守基序等方面进行初步生物信息分析。结果显示,5个玉米P5CS蛋白中有3个偏酸性,1个显中性,1个偏碱性;2个以无规则卷曲为主要构成元件,3个P5CS蛋白主要以α白螺旋为主要构成元件;不稳定指数分析发现,4个P5CS蛋白为稳定蛋白;疏水性分析表明,所有的P5CS蛋白为亲水性蛋白;玉米P5CS家族内含子最少含有4个内含子,最多的含有19个内含子;亚细胞定位分析表明,P5CS均蛋白定位于细胞基质;进化分析表明,P5CS家族分3个亚家族。

PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响

以两种不同抗旱性小麦品种幼苗为试验材料,采用PEG模拟干旱胁迫处理,探究干旱胁迫及复水对小麦幼苗叶片与根系脯氨酸累积及关键酶活性的影响。结果显示:(1)PEG胁迫下抗旱品种‘普冰143’根长和根干重下降不大,而水敏感品种‘郑引1号’根长和根干重下降显著;且于胁迫处理36h时‘普冰143’根系脯氨酸含量增加(75.0%)显著大于‘郑引1号’(37.7%),复水24h后均恢复至对照水平。(2)PEG胁迫下‘普冰143’叶片中谷氨酸合成途径关键酶P5CS和鸟氨酸合成途径关键酶δ-OAT活性均显著增加,且‘普冰143’叶片脯氨酸两条合成途径关键酶活性均得以加强;PEG胁迫处理36h时,‘郑引1号’叶片中P5CS活性增加显著,δ-OAT活性变化较小,且‘郑引1号’叶片脯氨酸合成可能以谷氨酸途径为主;但在PEG胁迫下两个不同抗旱性品种的根中P5CS、δ-OAT活性均变化较小。(3)PEG胁迫处理36h时‘普冰143’叶片脯氨酸降解酶PDH活性显著下降,而‘郑引1号’叶片PDH活性显著增加,复水后抗旱品种叶片该酶活性显著增加,水敏感品种恢复至对照水平;但PEG胁迫处理下两个不同抗旱性品种的根中PDH活性均显著下降。研究表明,PEG胁迫下小麦叶片是合成脯氨酸的主要部位,抗旱品种‘普冰143’根系脯氨酸持续积累与叶片中高的脯氨酸合成关键酶活性及脯氨酸转运有关。

转拟南芥P5CS1基因增强羽衣甘蓝的耐旱性

为提高羽衣甘蓝的耐旱性,本文将拟南芥Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1)基因经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植株中,检测转基因株系与野生型植株在干旱胁迫下P5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、株系根系性状、整株干重、鲜重和整株存活率。结果表明,在15%PEG6000渗透胁迫下,转基因植株的P5CS1基因mRNA表达量明显增加,转基因植株脯氨酸含量是野生型的2.4倍;主根长、最长侧根长、侧根数目、整株干重和鲜重均高于野生型,干重/鲜重则低于野生型,转基因植株的平均存活率为78%,极显著高于野生型。数据显示,AtP5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的耐旱性。

PEG胁迫对偏关苜蓿脯氨酸代谢途径关键酶的影响

以山西地方品种偏关苜蓿(Medicago sativa cv.Pianguan)为试验材料,采用20%聚乙二醇(PEG-6000)分别处理不同时间(0,8,16,24,32,48和72h),研究偏关苜蓿地上部及地下部的脯氨酸(proline,Pro)含量、鸟氨酸δ-氨基转移酶(ornithine-oxo-acidtransaminase,δ-OAT)、吡咯啉-5-羧酸合成酶(pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)、脯氨酸脱氢酶(proline dehydragenase,ProDH)活性的动态变化。结果表明:PEG胁迫下,地上部Pro含量显著高于地下部,PEG处理40h时,地上部Pro含量最高(3230.4μg.g-1 FW)。地上部和地下部P5CS活性呈"升-降-升-降"的变化趋势。δ-OAT活性则在胁迫8h时升高,之后下降。ProDH活性受PEG胁迫显著降低,呈时间依赖性。PEG胁迫前期,偏关苜蓿的Pro积累以鸟氨酸-脯氨酸途径为主,随胁迫时间的延长,逐渐转为以谷氨酸-脯氨酸途径为主。

脯氨酸累积与其合成关键酶活性的关系

假俭草是暖季型的主要成坪草种.5叶期的假俭草幼苗在20%PEG6000(-1.63Mpa)模拟的水分胁迫条件下,脯氨酸作为一种重要的渗透保护物质在24h出现明显增高,而控制脯氨酸合成的谷氨酸途径中的关键酶 1-吡咯啉-5-羧酸合成酶的活性下降,而鸟氨酸途径中的关键酶:δ-鸟氨酸转氨酶的活性却显著增高.S-鸟氨酸转氨酶的活性与脯氨酸的累积有显著的正相关(r=0.96),而 1-吡咯啉-5-羧酸合成酶的活性与脯氨酸的累积呈负相关(r=-0.93).

麻疯树P5CS基因的克隆及原核表达

使用RACE技术，从麻疯树叶片中克隆了△L吡咯啉-5-羧酸合成酶（PSCS）基因，命名为，fP5CS．JcP5CS的cDNA全长2675bp，包含一个2148bp的开放阅读框，一个117bp的5’-非翻译区以及一个410bp的3L非翻译区．开放阅读框编码716个氨基酸多肽链，分子量为77．54kD，预测等电点为6．11．通过与其它物种的P5CS氨基酸序列比对，结果显示，与其他高等植物的P5CS氨基酸序列有很高的同源性．包含谷氨酸激酶和谷氨酸-γ-半醛脱氢酶两个结构域以及ATP及NAD（P）H结合位点及亮氨酸拉链等保守位点．原核表达JcP5CS，融合蛋白的分子量与预测分子量大小相同的．活性测定结果显示获得了具有活性的麻疯树P5CS酶．

百合LiP5CS、LiGDH和LiOAT基因克隆及表达分析

为探究百合脯氨酸生物合成途径中部分相关基因的功能及其对非生物胁迫的响应,本研究以百合‘西伯利亚’作为试验材料,克隆了3个脯氨酸生物合成相关基因:Δ^(1)-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(LiP5CS)、谷氨酸脱氢酶基因(LiGDH)和鸟氨酸氨基转移酶基因(LiOAT),分析其蛋白特性,并测定3个基因在百合不同组织、花不同发育时期以及失水和低温胁迫下的相对表达量和酶活性。结果表明,LiP5CS长度为1 068 bp,编码355个氨基酸残基;LiGDH长度为429 bp,编码142个氨基酸残基;LiOAT长度为870 bp,编码289个氨基酸残基。LiP5CS、LiGDH和LiOAT都含有特有保守motif,皆为脂溶性、亲水性的稳定蛋白,都具有磷酸化位点,3个蛋白在进化上具有一定保守性。表达分析发现,3个基因在百合鳞茎中的表达量最低,LiP5CS与LiOAT在根中的表达量最高,LiGDH在花中的表达量最高;在花蕾的不同发育时期中LiP5CS基因表达随发育呈下降趋势,而LiGDH与LiOAT表达呈升高趋势。在失水和低温胁迫下,LiP5CS、LiGDH和LiOAT的表达均被诱导升高,其中LiP5CS的表达量峰值出现较早,3个酶活性变化趋势与各自基因表达变化相似。本研究结果暗示百合切花中的谷氨酸途径是响应低温和失水胁迫的主途径,而鸟氨酸途径为辅助途径。

盐胁迫对菊苣幼苗脯氨酸积累及其代谢途径的影响

以菊苣(Cichoriumintybus L.)为材料,研究不同浓度NaCl处理对菊苣幼苗体内脯氨酸代谢的影响,以期揭示菊苣中脯氨酸代谢的基本规律。结果表明:随着处理浓度的增加,菊苣中鸟氨酸δ-氨基转移酶(δ-OAT)活性呈上升趋势;吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性呈现先升后降的趋势;脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性呈下降趋势;而脯氨酸含量则显著上升(P<0.05),但高浓度长时间处理后略有降低。研究表明,NaCl胁迫下谷氨酸(Glu)途径和鸟氨酸(Orn)途径对菊苣中脯氨酸的积累均有贡献,低浓度胁迫时P5CS起关键作用的Glu途径占主导地位,高浓度胁迫时δ-OAT起关键作用的Orn途径占主导地位。

水稻脯氨酸代谢关键酶对水分胁迫的响应

以二叶期水稻幼苗为试验材料,研究其在15%PEG6000模拟的水分胁迫下脯氨酸积累及代谢关键酶活性变化,结果表明:叶片和根系中脯氨酸含量在胁迫后快速积累,胁迫24 h达到最大值,随后逐渐降低;控制脯氨酸合成的关键酶吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)活性都呈现先升后降的变化趋势,而控制脯氨酸降解的关键酶脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性呈现先降后升的变化趋势。

大麦幼苗叶片脯氨酸代谢及其与耐盐性的关系

在 0～ 30 0mmol·L-1NaCl浓度范围内 ,大麦叶片内催化脯氨酸 (Pro)合成的关键酶吡咯啉 5 羧酸合成酶 (P5CS)、精氨酸酶、鸟氨酸转氨酶 (OAT)和谷氨酸脱氢酶 (GDH)的活性均明显提高 ,脯氨酸脱氢酶 (ProDH)活性略有下降 ,与之相对应 ,叶片内Pro含量上升 4～ 11倍。 2 0 0mmol·L-1NaCl以下浓度处理 ,Pro合成主要是通过谷氨酸 (Glu)途径(关键酶为P5CS) ,2 0 0mmol·L-1以上NaCl胁迫下鸟氨酸 (Orn)途径 (关键酶为OAT)受激。ΔGR/ΔNaCl (每提高单位NaCl浓度时植株生长速率的下降值 )可以代表植物的耐盐性 ,植物耐盐性越强该比值越小。统计表明 ,大麦ΔGR/ΔNaCl与叶片ΔPro/(Arg +Glu)·Δ1/NaCl (每提高单位NaCl浓度时叶片内Pro/(Arg +Glu)的上升值 )呈极显著负相关关系 ,与一定浓度NaCl处理下叶片K+ /Na+ 呈极显著负相关关系 ,说明盐处理后Arg和Glu向Pro的转化有利于大麦耐盐性的提高。在 10 0mmol·L-1NaCl处理时 ,ΔGR/ΔNaCl值与Pro对植株渗透势的贡献呈显著负相关 ,说明盐胁迫下Pro积累具有渗透保护剂的功能。

聚乙二醇胁迫对甘蔗伸长期间叶中脯氨酸积累及其代谢关键酶活性的影响

甘蔗品种‘桂糖119’(‘GT119’)、‘新台糖16号’(‘ROC16’)、‘新台糖22号’(‘ROC22’)为材料,在甘蔗伸长期用25%聚乙二醇(PEG)6000淋灌于根部。第4天,‘GT119’与‘ROC16’叶中游离脯氨酸含量明显上升,但‘ROC22’在处理后6d内其含量增加仍不明显。吡咯啉-5-羧酸合成酶活性变化因品种而异,‘ROC22’在处理后第6天才明显上升,其他2个品种则在胁迫处理1d后即明显提高。鸟氨酸转氨酶活性变化不明显。‘ROC22’在处理1d后其脯氨酸脱氢酶活性稍有提高,而其他2个品种则下降。