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.

过量表达异三聚体G蛋白γ亚基基因RGG2提高水稻抗旱性

【目的】探究水稻异三聚体G蛋白γ亚基RGG2在提高水稻抗旱性中的作用。【方法】利用酵母双杂交和荧光素酶互补实验,鉴定RGG2与RGB1的相互作用。施加外源ABA,检测RGG2的表达水平和RGG2过量表达系的种子萌发率,用于阐明RGG2是否参与ABA响应。通过比较野生型和RGG2过量表达系的离体叶片失水率和干旱处理后的植株存活率,解析RGG2在干旱胁迫响应中的作用。【结果】RGG2与RGB1之间存在相互作用。RGG2的表达水平可以被ABA、PEG-6000和干旱处理显著诱导。ABA处理条件下,日本晴和武运粳7号背景下RGG2过量表达系种子萌发率和根长均明显下降,且显著低于野生型,表明RGG2正调控ABA响应。过量表达系离体叶片的失水率低于野生型,但干旱条件下的植株存活率高于野生型。干旱处理条件下,多个ABA和干旱胁迫响应相关基因的表达被诱导,并且在过量表达系中的表达水平明显高于野生型。【结论】RGG2正调控ABA和干旱胁迫响应,过量表达RGG2可以提高水稻抗旱性。

异三聚体G蛋白与足细胞损伤

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCRs)是人体内最大的膜蛋白受体超家族,共有超过800种亚型,目前约有35%经食品药品监督管理局批准上市的药物靶向GPCRs治疗多种疾病,如心力衰竭(β肾上腺素受体)、消化性溃疡(组胺受体)、前列腺癌(促性腺激素受体)、高血压(肾上腺素能和血管紧张素受体)、疼痛(阿片受体)和支气管哮喘(β2肾上腺素受体)等。虽然GPCRs数量巨大,但其下游的信号蛋白却是有限的,异三聚体G蛋白(heterotrimeric G proteins,GPs)是传导GPCRs信号的关键蛋白,通过与GPCRs偶联将细胞外刺激转化为细胞内反应并通过下游级联启动多种信号转导事件。足细胞是肾小球滤过屏障的重要组成部分,其损伤是蛋白尿形成和肾小球进行性硬化的核心事件。本文就GPs的调控、信号转导及其在足细胞损伤中的作用等方面作一综述,以期为科研和临床研治该病提供理论依据。

新型异三聚体超分子的密度泛函计算及其晶体结构、热性能研究

运用密度泛函B3LYP方法 ,在 6 3 1G 水平上设计优化了丁二酮肟与苯甲酸通过四重氢键构筑的异三聚体超分子 .此异三聚体的总能量比三个单体总能量之和低 14 4 0 816kJ/mol,四重氢键的平均键能约为 3 6 0 2 0 4kJ/mol,属中高强度 ;2 98 15K时吉布斯自由能变化ΔGT=-4 1 70kJ/mol ,显示形成三聚体的反应可自发进行 .在此设想指导下 ,实验合成出相关异三聚体 ,并得到了晶体结构 ,与预测的结构极为相似 .热性能分析显示 ,此三聚体不是三个单体的简单叠加 ,而是一个不同于其单体的全新化合物 .理论计算数据与实验结果的一致性 ,证明了理论计算的预见性 .

异三聚体G蛋白在NAA诱导的拟南芥根生长发育中的作用

以拟南芥的野生型（ws）、异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体（gpal-1，gpal-2）和超表达突变体（wGa，cGa）为材料，通过施加不同浓度（0～0．2mg／L）的NAA处理，对拟南芥根生长发育的一些形态指标进行了观测比较。结果表明：（1）随着培养基中NAA浓度的不断升高，5种基因型主根的伸长生长均受到抑制，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NAA处理下，无明显差异；（2）NAA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NAA诱导的侧根生长中，G蛋白超表达突变体比野生型更敏感，缺失突变体则不敏感。初步证明G蛋白不参与主根生长发育的调节，而在侧根生长发育中可能起正调节作用。

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.

苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1的克隆及功能鉴定

【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨Pb GPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L^(-1)Na Cl、150 mmol·L^(-1)甘露醇、10%PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5%H_2O_2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。

异三聚体G蛋白参与调节花粉细胞内钙离子浓度

利用激光共聚焦显微镜测定了川百合(Lilium daviddi)花粉细胞内游离钙离子浓度,研究了细胞质膜上异三聚体G蛋白激活剂和抑制剂对花粉细胞内钙离子浓度的影响以及G蛋白激活后钙信号产生的可能途径。结果表明异三聚体G蛋白激活剂霍乱毒素(CTX)可以明显提高细胞内钙离子水平,产生带有一定时空特征的钙信号,而其抑制剂百日咳毒素(PTX)则显著降低细胞内钙离子水平;L型钙通道阻断剂异搏定和IP_3受体抑制剂肝素都可以明显抑制霍乱毒素引起的钙离子水平升高。由此推断,异三聚体G蛋白可能在花粉细胞内钙离子水平调控过程中发挥重要调节作用,它有可能是通过促进细胞外钙离子内流和细胞内钙库释放两条途径起作用的。

植物异三聚体G蛋白

对近年来植物异三聚体G蛋白的结构和功能的研究进展作了简单评述。

花粉细胞中异三聚体G蛋白的检测(快报)

花粉细胞中异三聚体Ｇ蛋白的检测（快报）马力耕毛国红崔素娟孙大业（河北师范大学生物系，０５００１６，石家庄；第一作者３２岁，男，博士生）关键词花粉；异三聚体Ｇ蛋白；免疫印迹分类号Ｑ５１２在动物细胞中由异三聚体Ｇ蛋白将膜向受体和效应器偶联起来，在细胞信号...

异三聚体G蛋白在IAA诱导的拟南芥根生长发育中的作用

以拟南芥的野生型（ws）和异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体（gpa1-1,gpa1-2）和超表达突变体（wGα,cGα）为材料,通过施加不同浓度（0~0.8 mg/L）的IAA处理,对拟南芥根生长发育的一些形态指标进行了观测比较。结果表明：①随着培养基中IAA浓度的不断升高,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IAA处理下,无明显差异;②IAA在一定浓度范围内,对拟南芥侧根的生长发育起促进作用;在相同浓度IAA诱导的侧根生长中,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。初步证明,G蛋白不参与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。

G－蛋白异三聚体（G－proteinheterotrimer）的晶体结构

继１９９４年Ｓｉｇｌｅｒ－ｈａｍｍ和Ｓｐｒａｎｇ－Ｇｉｌｍａｎ实验室报道了Ｇｉα１的晶体结构之后，１９９５年１２月和１９９６年１月这两个实验室又相继报道了Ｇ－蛋白异三聚体（ＧαＧＤＰ）βγ和Ｇβγ二聚体的晶体结构．这些研究结果表明Ｇ－蛋白复合物象一台由操纵杆（受体）、开关（Ｇα）和螺旋桨（Ｇβγ）组成的信号转导纳米机器，并揭示了α和β亚基间可能存在两种不同的功能界面，β和γ亚基间、α和γ的相互作用，以及信号传导过程中，ＧＴＰ诱导开关Ⅱ区重排和亚基解高的机制．βγ亚基能稳定α亚基和ＧＤＰ的紧密结合，使Ｇ－蛋白维持在失活状态．β亚基的ＷＤ４０重复序列形成７叶片的螺旋桨（ｓｅｖｅｎｆｏｌｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）构造，每个叶片的外侧面显露出许多可变的接触位点．β亚基部分地为伸展的γ亚基包围。

拟南芥细胞异三聚体G蛋白的分离纯化

以拟南芥哥伦比亚Columbia（Col—O）野生型悬浮培养细胞为材料，采用超声波破碎、匀浆、离心、40％～60％饱和度硫酸铵分步沉淀、Sephadex G-25脱盐、DEAE—Sepharose Fast Flow离子交换、Sephadex G-200凝胶过滤，最后经过Sepharose CL-6B得到纯化的目的蛋白，蛋白收率为0．097％。纯化的蛋白质经非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定显示为一条带，经Western blotting证实为G蛋白。把经Native—PAGE鉴定的蛋白质的条带回收，进行SDS—PAGE显示有3条带。一条是Gα亚基，其分子量为60kDa左右；另外2条带分子量为45kDa和35kDa，可能是β、γ亚基，初步证实拟南芥中存在异三聚体G蛋白。G蛋白提取方法的建立为在基因突变型拟南芥中G蛋白功能的研究奠定基础。

异三聚体G-蛋白突变对拟南芥生长发育过程的影响

对拟南芥异三聚体G蛋白α-亚基突变体gpa1-3、β-亚基突变体agb1-2及α和β亚基双突变体gpa1agb1与相应的Col野生型的形态特征比较发现,异三聚体G蛋白的突变引起根、叶、生殖器官等的表型发生改变,gpa1-3的叶片宽椭圆形,略大于Col,叶片下表皮细胞显著大于Col、agb1-2及gpa1agb1,果柄也显著长于其它三类,但侧根发生及长角果形态与Col无显著性差异;agb1-2的表型与gpa1agb1的表型相似:叶片小而近圆形、叶缘平滑,侧根发达,长角果较短,这些特征均显著区别于Col及gpa1-3.结果表明,异三聚体G-蛋白在拟南芥的多个生长发育过程中发生作用,且α-亚基和β-亚基在叶、根、花器官等发育过程中的作用不同.

甘蓝型油菜异三聚体G蛋白原生质体瞬时表达体系的建立

为建立甘蓝型油菜异三聚体G蛋白各组分原生质体瞬时表达体系,以油菜叶片为试材,从试材选取、平摇时间和聚乙二醇浓度方面优化了油菜原生质体制备条件和转化条件。结果表明,选取30 d苗龄叶片、平摇10 min时原生质体游离状态最佳,产量为10.73×10~6/m L,活力可达96.4%。采用30%PEG转化原生质体时,目的蛋白表达量最高。Western Bolt的检测分析表明,异三聚体G蛋白各组分均参与了甘蓝型油菜对ABA的应答反应,当ABA浓度分别为100,150,100,50 mmol/L时,Bn GA1、Bn GB1、Bn GG2和BnRGS1蛋白的表达量最高。

Ca^2＋参与异三聚体G蛋白调控的拟南芥侧根生长发育过程

以拟南芥的野生型(ws)、异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体(gpα1-1、gpα1-2)和超表达突变体(wGα、cGα)为材料,在含有不同质量浓度(0~0.2mg/L)NAA的培养基内,添加常用的钙通道抑制剂,对拟南芥侧根生长发育的形态进行了观测。结果表明:1)在不含Ca2+的培养基内,5种基因型侧根生长发育的差异显著性明显降低。2)在含有电压依赖型钙通道有机抑制剂(异搏定和地而流卓)的培养基内,5种基因型侧根的生长发育与未施加抑制剂的差异显著性一致。3)在含有不同浓度的3价无机离子的培养基内,5种基因型侧根的生长发育与未施加抑制剂的差异显著性不一致。初步表明了在NAA诱导的拟南芥侧根生长发育过程中Ca2+可能是G蛋白的下游信号。

植物G蛋白的种类及异三聚体G蛋白在植物细胞信号转导中的作用

近年来,植物G蛋白(包括异三聚体G蛋白、小G蛋白及超大G蛋白)的存在受到人们的普遍关注,同时它在细胞信号转导过程中起着重要作用,已成为人们研究信号调控的热点问题。阐述了已发现的植物G蛋白的种类,总结了异三聚体G蛋白在植物细胞信号转导中的作用。

异三聚体G蛋白参与小麦抗叶锈病反应的研究

【目的】研究异三聚体G蛋白是否参与小麦抗叶锈病反应的过程,为更深入地了解小麦抗叶锈病的反应机制奠定基础。【方法】用异三聚体G蛋白的效应剂处理离体培养的小麦叶片后接种叶锈菌观察侵染型的变化。测量经异三聚体G蛋白的效应剂诱导后防卫反应酶活性值,观察变化趋势。另外用半定量RT-PCR方法检测接种毒性菌株和无毒性菌株后异三聚体G蛋白α亚基基因的表达情况。【结果】用激活剂(GTPγS、Mastoparan-7)处理后明显可以推迟叶片发病,而抑制剂百日咳毒素(PTX)作用不明显。用G蛋白的激活剂(GTPγS、Mastoparan-7)处理后防卫反应酶的活性升高,而用抑制剂百日咳毒素(PTX)处理后24h再接种无毒性叶锈菌菌株,防卫反应酶的活性却无明显的变化。无毒性叶锈菌菌株可以诱导叶片中G蛋白基因表达量升高,毒性菌株抑制G蛋白基因的表达。【结论】异三聚体G蛋白可能参与了小麦抗叶锈病的反应过程。

异三聚体G蛋白在UV-B诱导拟南芥气孔关闭中的作用

【目的】了解异三聚体G蛋白在紫外线B(UV-B)辐射诱导气孔关闭中的作用,为进一步阐明植物细胞转导UV-B辐射信号的机制提供依据。【方法】以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、G蛋白α亚基基因缺失突变体及其超表达株系和组成活化型株系为材料,并结合药理学试验,通过气孔开度分析确定G蛋白在0.5 W.m-2UV-B辐射诱导拟南芥叶片气孔关闭中的作用。【结果】细菌毒素试验表明,G蛋白抑制剂百日咳毒素(PTX)能显著抑制UV-B诱导的气孔关闭,而其活化剂霍乱毒素(CTX)能模拟UV-B的作用诱导可见光下叶片气孔关闭。遗传学试验显示,UV-B不能诱导异三聚体G蛋白α亚基GPA1功能缺失突变体gpa1-1和gpa1-2的气孔关闭,却能诱导其超表达株系wGα和组成活化型株系cGα的气孔关闭,且cGα在可见光下气孔开度明显小于野生型,在UV-B辐射初期其气孔关闭速度明显快于野生型。【结论】异三聚体G蛋白α亚基参与了UV-B辐射诱导拟南芥叶片气孔关闭的信号转导过程。

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。