植物细胞壁重构酶木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)的研究进展

为了深入认识细胞壁重构酶木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)在植物生长发育中作用,总结了XTH酶的结构特征和作用机制,XTH在植物细胞壁重构,植株的叶、根、茎、花和果实发育的生理作用以及在响应植物激素和环境信号等方面的研究进展;并认为XTH是植物细胞壁重构过程中的关键酶,能够松弛和强化细胞壁,且参与细胞壁的降解和合成;XTH在植物生长调控过程中具有重要的作用,最后指出XTH基因研究领域潜在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

毛白杨木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶PtoXTH35原核可溶性表达方法研究

从毛白杨中克隆得到木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶PtoXTH35基因,根据SignalIP在线软件预测蛋白信号肽,并分别构建至pET28a、pET32a、pGEX-4t-1、pMAL-c5e、pET 43.1a等5种原核表达载体,经双酶切和测序验证后转化至BL21(DE3)感受态,使用终浓度为0.4 mmol/L的异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导其表达目的蛋白。经SDS-PAGE检测,结果表明5种载体均可表达目的蛋白,pET28a、pET32a、pGEX-4t-1等3种载体所表达蛋白均以包涵体的形式存在,而pMAL-c5e和pET 43.1a载体携带蛋白表达量高并且所表达蛋白50%为可溶性蛋白,实现了毛白杨PtoXTH35在原核表达系统中的高效可溶性表达,该试验为后续进一步研究毛白杨PtoXTH35的体外功能奠定了基础。

海巴戟果实软化相关基因McXTH的克隆和表达分析

【目的】了解诺丽果实软化规律,克隆木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)基因,初步明确其表达模式。【方法】用果实硬度计测量后熟阶段的诺丽果实在25℃放置及乙烯利处理两种状态下的硬度变化。从诺丽果实采后0~48 h转录组数据中筛选差异表达的XTH候选基因。通过生物信息学分析,克隆目的基因全长,并利用荧光定量PCR技术分析基因表达模式,同时用便携式乙烯测量仪测定内源乙烯释放量。【结果】后熟阶段的海巴戟果实采后表皮硬度随贮藏时间增加而下降,且乙烯利处理后的软化趋势较室温自然放置更为显著。从海巴戟果实采后0~48 h转录组数据中筛选出基因XTH(DN16278g1)的表达量高、差异大。该基因具有完整的开放阅读框(ORF),克隆测序后将其命名为McXTH,并将其提交Genbank获得登录号为ON512442。McXTH基因ORF全长1062 bp,共编码353个氨基酸,与其他植物中的XTH基因氨基酸序列的相似性为75%~88%。RT-qPCR结果和内源乙烯释放量表明,在海巴戟果实成熟阶段McXTH的表达量与同时期的内源乙烯释放量在趋势上大体相同。【结论】海巴戟果实的软化受乙烯和关键基因XTH调控,Mc XTH的克隆为进一步进行XTH基因在海巴戟果实成熟软化过程的功能研究夯实基础。

油菜素内酯(BR)促进植物生长机理研究进展

介绍了油菜素内酯促进植物生长、提高作物产量的作用 ,并简述了促进生长的生理代谢基础。通过比较油菜素内酯与生长素、赤霉素促进生长作用方式的异同 ,提出油菜素内酯促进生长的信号传导路径不同于其它植物激素。另外从细胞的形态发生。

辣椒基因组中XTH基因家族的鉴定与表达特征分析

为全面了解木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase,XTH)基因在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定出了所有辣椒XTH基因家族成员,并对基因的结构、染色体定位、系统进化关系和保守结构域等进行了预测,同时基于转录组数据集分析了XTH基因在辣椒不同器官、不同发育时期果实中的表达特征。结果表明,辣椒XTH家族包含23个基因成员,不均衡分布在除10号染色体外的其余11条染色体上;23个基因包含1~5个不等的内含子;系统进化分析表明,辣椒XTH蛋白可分为3个亚家族;基因表达特征分析显示,大多数辣椒XTH的表达具有组织特异性,CaXTH2、CaXTH21、CaXTH13和CaXTH23极有可能与辣椒果实的膨大与成熟相关。本研究为深入了解辣椒XTH基因的功能奠定了基础。

过表达胡杨XTH基因能够提高烟草抗旱性

胡杨是典型的抗旱树种。挖掘和鉴定胡杨的耐旱基因对于提高植物抗旱性具有重要意义。木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTH）是植物细胞壁重构过程中的关键酶,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。我们前期已从胡杨叶片中克隆了Pe XTH基因。本文利用Real-time PCR检测Pe XTH基因在干旱胁迫下的表达水平。在此基础上,构建植物表达载体p MDC85-Pe XTH,通过农杆菌介导法将Pe XTH基因转入烟草,分析过表达Pe XTH基因烟草的抗旱性。研究发现,胡杨叶片中Pe XTH基因的表达受干旱胁迫诱导。干旱处理后,转Pe XTH基因烟草的萌发率明显高于野生型烟草;与野生型植株相比,转基因植株的叶片失水速率明显降低。干旱胁迫下,转基因烟草的气孔开度仅为野生型烟草的51.2%~53.6%。结果表明,过表达Pe XTH基因能够提高烟草的抗旱性。本研究丰富了对胡杨Pe XTH基因功能的认识,为植物抗旱分子育种提供了重要的基因资源。

陆地棉XTH基因家族全基因组鉴定及在纤维发育过程的表达分析

本研究从陆地棉TM-1基因组中鉴定出72个XTH家族基因,编码木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH,xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase),分别命名为Gh XTH01~Gh XTH72,分析了其基因结构、保守基序、系统进化、理化性质、亚细胞定位,并探究其在棉纤维发育不同时期的表达规律。结果表明,XTH家族基因分布在除At 07、Dt 07以外的24条棉花染色体上,根据系统发育树,将XTH家族基因分为3个亚组;XTH氨基酸序列有3个保守基序,保守性较强;多数XTH蛋白定位在细胞外。根据XTHs在纤维发育不同时期的表达量变化,将其分为4类。通过构建陆地棉与拟南芥XTH氨基酸序列进化树,推测Gh XTH15、Gh XTH28、Gh XTH36、Gh XTH49、Gh XTH59、Gh XTH62、Gh XTH63等基因在棉纤维发育过程中发挥重要作用。通过比较XTH家族基因在不同纤维品质陆地棉品种中的表达差异,推测在优质棉花品种中优势表达基因Gh XTH03、Gh XTH12、Gh XTH17、Gh XTH22、Gh XTH23、Gh XTH28、Gh XTH33、Gh XTH44、Gh XTH46、Gh XTH59等在纤维发育伸长过程中可能发挥着重要作用。上述结果为研究陆地棉XTH基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。

GmXTH23基因的克隆及抗旱性鉴定

【目的】木葡聚糖内转糖苷酶(XTH)与细胞壁的生理活动及抗逆性密切相关。课题组前期对干旱胁迫下大豆转录组的结果进行分析,发现大豆Glyma.13G095000(GmXTH23)基因是一个编码木葡聚糖内转糖苷酶(XTH)的基因,基于GmXTH23基因表达量受干旱胁迫影响显著的事实,通过生物信息学、表达模式分析及抗性鉴定试验等研究,为进一步探究GmXTH23基因的功能提供依据,为大豆抗逆的遗传改良提供理论参考。【方法】以垦丰16大豆为试验材料克隆GmXTH23基因;利用qRT-PCR方法探究基因的表达模式;利用基因枪法进行亚细胞定位;将GmXTH23基因转入拟南芥中,并进行干旱胁迫下的表型试验;用茚三酮比色法测定游离脯氨酸含量,氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶含量,硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛含量。【结果】GmXTH23在大豆各组织中皆有表达,在茎中的表达量最高;亚细胞定位的结果表明该基因蛋白定位于细胞膜上;干旱胁迫下的表型试验结果表明,过表达GmXTH23基因的拟南芥植株发芽率、根长皆高于野生型拟南芥,复水后恢复正常的植株比例也相对较高;过表达株系与野生型株系相比其PRO含量与SOD含量较高,MDA含量较低。【结论】与野生型拟南芥相比,过表达GmXTH23基因使得拟南芥在干旱胁迫下的耐受性增强。在干旱胁迫下GmXTH23通过提高脯氨酸与超氧化物歧化酶含量、降低植物细胞在胁迫下的损伤来提高植物的抗旱性。

荷花NnXTH6基因克隆、亚细胞定位及表达分析

【目的】明确荷花(Nelumbo nucifera)木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(xyloglucan endotransglycosy-lase/hydrolase,XTH)的基因结构特征及在荷花花瓣不同发育时期的表达差异情况。探究NnXTH6基因对荷花花瓣发育和衰老的调控功能,以期为研究荷花花瓣生长和衰老的分子机制奠定理论依据。【方法】在荷花花发育转录组数据分析的基础上,利用已获得的荷花XTH基因序列,通过RT-PCR方法从荷花重瓣品种‘晚霞’(Nelumbo nucifera‘Wan xia’)中克隆得到NnXTH6基因序列,对基因结构和所编码蛋白质的理化性质进行生物信息学分析,并通过分析其亚细胞定位情况,以及在荷花不同花发育时期花瓣中的表达差异情况初步揭示基因功能。【结果】荷花NnXTH6基因序列完整开放阅读框(ORF)为870 bp,编码289个氨基酸,理论等电点为6.38,预测其相对分子质量为33.18 kD。NnXTH6蛋白质定位在细胞质中,与其他物种同源XTH蛋白进行的序列对比及系统进化树分析结果显示,荷花NnXTH6蛋白与本源植物荷花(Nelumbo nucifera)XTH蛋白的同源性最高(84.08%),与沉水樟(Cinnamomum micranthum)和芝麻(Sesamum indicum)的亲缘关系更近。实时荧光定量PCR结果表明,NnXTH6基因在初花时期(IF)的表达量远远大于喧蕾时期(SB)的表达量,在转色时期(CC)表达量最低,并且在谢花时期(FW)显著下调。【结论】荷花NnXTH6基因的表达随荷花的花发育时期的不同而变化,推测NnXTH6很大程度上参与调控了荷花的开花和衰老过程。

Analysis on Tissue-specific Expression of Dp XTH1 and Dp XTH2 Genes in Dahlia

[Objective] This study aimed to investigate the functions and related mechanisms of xyloglucan Endotransglycosylase/hydrolases （XTHs） during the growth and development of dahlia. [Method] Using /3-actin as the reference gene, the rela- tive transcription levels of DpXTH1 and DpXTH2 genes in roots, stems, leaves and petals of dahlia were analyzed by real-time RT-PCR. [Result] The DpXTH1 and DpXTH2 were not expressed in the roots, but expressed abundantly in the petals of dahlia. There were little expressions in the stems and leaves of dahlia. [Conclusion] The DpXTH1 and DpXTH2 were petal-specific genes and closely related to the growth and development of petals in dahlia.

金鱼草XTH家族基因鉴定及抗核盘菌和雄蕊瓣化相关基因筛选

木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶16家族(GH16),是一类介导木葡聚糖(XyG)-纤维素骨架构建和重组的酶。为探明XTH家族基因在金鱼草(Antirrhinum majus)中的潜在生物学功能,通过生物信息学分析,结合转录组测序(RNA-seq)和实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)探究了XTH家族基因分别在金鱼草瓣化和非瓣化雄蕊以及抗感核盘菌材料中的表达水平。结果表明,鉴定出的33个AmXTH蛋白主要保守基序为ExDxE,分为3个亚组。AmXTH基因启动子的顺式作用元件多为生长发育、抗病及抗逆类。经RNA-seq和qRT-PCR验证,最终挖掘出4个正向介导抗病的关键候选基因(AmXTH3、14、18和33), 1个负向介导抗病的关键候选基因(AmXTH23), 12个正向介导雄蕊瓣化的关键候选基因(AmXTH1、7、9、11、21、22、23、24、26、28、29和33)以及2个负向介导雄蕊瓣化的关键候选基因(AmXTH15和31);其中AmXTH23和AmXTH33可能同时在金鱼草抗核盘菌和雄蕊瓣化中发挥作用。该研究初步挖掘出参与金鱼草抗核盘菌及雄蕊瓣化的AmXTH候选基因,为进一步揭示其生物学功能奠定了基础。

植物细胞壁松弛因子

植物细胞壁的松弛是细胞伸长必需的一个生理过程,发生于植物生长发育的各个阶段。研究发现参与细胞壁松弛的因子有多种,主要包括膨胀素(expansin)、木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)、糖基水解酶和羟基自由基(·OH)四大类。本文主要对这些细胞壁松弛因子的结构特征、作用机制及其在植物生理过程中的作用等方面的研究进展进行综述。