巴夫杜氏藻1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶小亚基基因的克隆和分析

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中的一个关键酶,其小亚基rbcS具有调控羧化反应催化效率和影响该酶对二氧化碳/氧气底物特异性的功能。从巴夫杜氏藻中克隆rbcS基因及其5′-上游序列,并对基因及5′-上游序列进行了分析。根据已知rbcS基因保守核苷酸序列设计引物,分别克隆到1 841 bp的DNA和380 bp的cDNA序列。以此为基础,使用染色体步移(Genome walking)和cDNA末端快速扩增(RACE)技术,获得了799bp的5′端DNA序列和500 bp的3′端cDNA序列。序列分析发现,巴夫杜氏藻rbcS DNA全长为2 031 bp(不包括476 bp 5′-上游序列),cDNA全长包括570 bp开放读码框(GenBank登录号:HQ315783)和294 bp 3′端非翻译区。5′-上游序列区域存在一系列预测的顺式作用元件。该研究旨在为后继的rbcS基因的功能和表达研究、Rubisco的遗传改造奠定基础。同时,rbcS启动子因其可驱动基因高效表达而引起广泛关注,因此获得的rbcS 5′-上游序列经验证和优化后,可用于在嗜盐微藻中驱动转基因的高效表达以及完善微藻转化系统。

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)

文章就核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的分布、结构、性质、分类与功能的研究进展作了介绍。

细菌的核酮糖单磷酸途径与甲醛同化作用

核酮糖单磷酸途径最初在甲基营养菌中发现,现在被认为是在细菌中广泛存在的和甲醛同化作用及脱毒相关的一条途径,该途径的关键酶是6-磷酸己酮糖合成酶和6-磷酸己酮糖异构酶。文章将介绍来源于各种细菌的核酮糖单磷酸途径的生理作用及其两个关键酶基因的组织结构、表达调控机制与应用前景。

蔗糖对水稻幼苗叶片谷氨酰胺合成酶和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的影响

报道了在光照和暗处培养下 ,不同浓度的蔗糖对水稻幼苗叶片 GS及其同工酶、1,5 -二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (Rubisco)的影响。无论是在光照或在暗处 ,蔗糖对 GS活性均有抑制作用 ,尤其是在较高蔗糖浓度下作用更为明显 ;虽然 Rubisco及可溶性蛋白的水平在光照和暗处有显著的差别 ,但蔗糖对其未见明显影响。 Native-PAGE与活性染色表明 ,在光照下或在暗处 ,蔗糖对 GS2的抑制作用随蔗糖浓度升高而加强 ,但对 GS1未有明显影响。这些结果提示 ,在水稻幼苗生长中 ,蔗糖不能象光一样诱导叶片

营养对菜心核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶动力学的影响

对生长在高、中、低不同氮、钾营养条件下的菜心(Brassica parachinensis Bailey)叶片中的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)动力学特性及菜心产量进行了测定。不同营养处理之间,菜心产量差异极为显著,变化范围为0.57～4.38g(干重)/株;RubisCO动力学特性则无显著性差异。相关分析结果表明,氮素营养能显著增强RubisCO的羧化作用和加氧作用,与V_(max)(CO_2)(V_c)、V_(max)(O_2)(V_c)和V_e/K_m(CO_2)(K_c)、V_o/K_m(O_2)(K_o)值三间的相关关系数极显著(P<0.01)。钾素营养则能明显提高RubisCO的加氧作用,与K_o值之间存在极显著的相关,与V_o值间存在极显著的正相关。专一性因子V_cK_o/V_oK_c与菜心产量之间有极显著的直线回归关系。在适宜的氮、钾营养水平下、菜心的产量及RubisCO的专一性因子都最高。

沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶基因克隆及其在大肠杆菌中的表达

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶(RubisCO)(EC4.1.139)是光合细菌通过卡尔文循环固定二氧化碳的关键酶。本文采用PCR方法,从沼泽红假单胞菌株No.9中克隆到RubisCO基因(cbbM)序列(该序列已提交GenBank,登录号:GU061327)。采用同源建模法,建立了该RubisCO蛋白的三维结构模型,预测其活性位点。将cbbM基因亚克隆到表达载体pTV118N上,构建表达质粒pTV-CBBM,转化大肠杆菌BL21(DE3),获得表达菌株BL21(DE3)/pTV-CBBM,该菌株经IPTG诱导表达后,进行SDS-PAGE检测。采用气相色谱法测定破菌上清中的RubisCO酶活。结果表明:①cbbM基因编码461个氨基酸,与沼泽红假单胞菌株DCP3和DH1的RubisCO蛋白序列相似性分别为98%和99%;②推测沼泽红假单胞菌No.9中RubisCO蛋白的活性中心由Asn112、Lys192、Asp194、Glu195、His288、Arg289、His322、Gly424、Ser369、Gly370和Gly394等氨基酸残基组成;③重组蛋白分子量约为50kDa左右,与预测相符;④破菌上清中的RubisCO酶比活高于原始菌株中的酶活,说明目的基因在大肠杆菌中得到了有效表达。

茶树叶片内核酮糖二磷酸羧化酶酶蛋白水平的研究

茶树叶片内核酮糖二磷酸羧化酶蛋白水平,随着新梢叶片的逐渐成熟而增加,当叶龄在33～48天,叶片完全成熟时,蛋白水平达最高值并持续稳定,以后随叶龄的进一步增大而呈下降趋势;叶位试验也表现出相同的变化规律,以芽下第4～6叶位叶中的蛋白水平为稳定最高;在年生育过程中,不同品种春梢叶在春、夏、秋三季中的蛋白水平均以夏季最低,但福鼎大白茶表现为春>秋,而龙井43与龙井长叶表现为秋>春;不同品种春、夏、秋三季新梢叶中的核酮糖二磷酸羧化酶蛋白水平差异,福鼎大白茶与政和大白茶表现为春>秋>夏的规律,龙井43、龙井长叶、迎霜、水古四品种则以秋季最高,春、夏差异不大.

小麦叶片内1,5二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基由53000到50000裂解反应的定位研究

研究了小麦叶片内1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rub isco,EC 4.1.1.39)大亚基(LSU)由53 000裂解为50 000的反应。结果显示,成熟叶片的粗提液在pH 5.5的条件下反应后能检测到50 000的裂解产物,而暗诱导衰老叶片的粗提液在pH 7.5的条件下也能发现LSU的这一降解。分别从成熟叶片和衰老叶片中提取叶绿体,以其裂解液为反应体系研究LSU由53 000裂解为50 000这步反应的细胞器定位。结果显示,衰老叶片中的叶绿体裂解液在pH 7.5时反应1 h后能检测到50 000降解产物,而成熟叶片叶绿体裂解液在pH 5.5和pH 7.5的条件下反应后均未检测到LSU的50 000裂解产物。上述结果表明:衰老叶片中LSU由53 000部分裂解为50 000的反应定位于叶绿体内,而成熟叶片中LSU由53 000裂解为50 000的反应可能定位于叶绿体外。

多能硫杆菌1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的酶学特征及基因检测

从固体平板的生长情况及RubisCO酶活性测定结果，表明多能硫杆菌是通过卡尔文循环固定的CO2，并具有该循环的关键酶──1，5－二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶．进一步将多能硫杆菌染色体DNA用各种限制性内切酸酶切，Southern转移到硝酸纤维素滤膜上，与光合细菌Rhodobactersphaeroides的RubisCO基因（rbcL－rbcS）探针杂交，显示出杂交带型，说明多能硫杆菌具有R．sphaeroides同源的羧化酶基因，并初步将该基因定位在3．0kb的PstⅠ片段内．

二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶装配研究进展

本文对Rubis CO大、小亚基在叶绿体和大肠杆菌中的合成,装配,酶的体外重组以及亚基结合蛋白的性质和作用等进行了综述,并对这个领域的研究前景作了展望。

香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基克隆与生物信息学分析

通过PCR技术成功克隆1个香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因的全长序列,并登录GeneBank,登陆号为FJ973633。利用生物信息学方法,分析香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因序列,对其推导的氨基酸的理化性质、亲水性/疏水性、跨膜结构、导肽、二级结构进行预测,并对香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基的氨基酸做进化发育分析,为进一步了解香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基在香蕉光合吸收中的作用奠定基础。

烟草核酮糖二磷酸羧化酶及其大、小亚基改进的分离纯化方法

核酮糖二磷酸羧化酶在植物叶子中含量很高,一般约占总可溶性蛋白的50％以上,是世界上最为丰富的一种蛋白质(Ellis 1979)。这种蛋白质含有高水平的必需氨基酸(Kung等1980),它作为人类的一种补充营养食品有着潜在的应用前景。因此需要研究出一种简便的、得率高的并可大规模制备的蛋白质纯化技术。

核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的结构,调节及遗传工程前景

核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶是光合作用固定二氧化碳的一个关键酶。如能应用遗传工程技术增加其催化效率,有可能导致净光合作用的增加,从而使作物增产。最近用高分辨力的X-射线对烟草酶的空间结构已进行了测定。原核生物酶的定位突变也已开始研究。虽然高等植物酶已可进行体外重组,但小亚基的功能仍不很清楚,大、小亚基基因尚不能在大肠杆菌中表达出有活性的酶。新的大亚基遗传讯息还不能有效地引入叶绿体基因组中。酶的结构与功能关系,催化及分子装配机理等基本问题还需要全面深入研究。

桑树1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因cDNA片段的克隆及原核表达与植物反义表达载体的构建

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活化酶(RCA)对桑树的光合作用具有重要调节作用。以桑树幼叶为材料分离mRNA,反转录合成cDNA,以cDNA第1链为模板,根据RCA的保守区域设计1对兼并引物,经PCR扩增获得RCA的基因功能区中间片段。对得到的桑树RCA的cDNA片段编码氨基酸进行BLAST分析表明,其与GenBank中其它植物来源的RCA有较高同源性。将RCA的部分编码区插入原核表达载体pET30a(+),并转化到大肠杆菌菌株BL21中,经IPTG诱导,RCA的部分编码区在BL21菌株成功表达。将得到的RCA基因片段反向插入植物表达载体,构建了RCA基因反义表达载体pBI121-RCA,以利于进一步阐明RCA与1,5-二磷酸核酮糖羧化酶相互作用和调控关系以及用基因工程手段深入探讨桑树光合作用机制。

一些栽培作物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶动力学特征

在相同条件下,对C_2植物中的9种双子叶植物和3种单子叶植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)动力学特性进行了测定。K_m(CO_2)(K_c)和K_m(O_2)(K_(?))的变化范围分别为7.3～30μmol/L和300～1000μmol/L。变异系数分别为52％和38％。K_c值的变异明显高于K_o值。V_(max)(CO_2)(V_c)和V_(max)(O_2)(V_(?))分别为50～1500和16～500n mol/mg酶蛋白·min,变异系数相应为97％和87％。专一性因子的变化相对较小,为78～121,变异系数为15％。说明在C_3植物中,Rubisoo动力学特性的差异主要反应在V_(max)值上,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisc)的动力学特性变化大于核酮糖-1,5-二磷酸加氧酶(Rubiso)。随着物种的进化,K_c、K_o值明显降低,而V_c、V_o值显著增加,致使Rubisco活性显著提高。Rubisco的羧化/加氧比也依物种的进化而上升。K_c与K_o、V_c与V_o之间具有显著的同步变化趋势,相关系数均超过极显著水平。

不同叶位鸡蛋果叶片中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的动力学特性

随着叶龄的增加,鸡蛋果Ru BP羧化酶/加氧酶的V_(max)(CO_2)值明显减小,K_m(O_2)值提高;K_m(CO_2)和V_(max)(O_2)值则保持相对的稳定。Ru BP羧化酶活性和Ru BP加氧酶活性均随叶龄增加而下降,但前者下降的速度高于后者,致使羧化/加氧此值也随叶龄增加而减小。

用酶电极测定1,5-二磷酸核酮糖

将 1 ,5-二磷酸核酮糖氧化酶以交联法固定在氧电极的透气膜上制成酶电极 ,在 2 8°C恒温下 ,p H 8.2的 tris- HCl缓冲介质中可测 1 ,5-二磷酸核酮糖的浓度。比较由两种不同来源的酶制成的电极得出由水稻中取得的酶较由烟草中取得的酶有稍高的活性 ,它们响应曲线的线性范围分别为 2 .8× 1 0 -5～ 6 .9× 1 0 -4和 2 .5× 1 0 -5～ 5.0× 1 0 -4 mol/L。

普通白菜1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因Bcrbc S的克隆及表达分析

利用RACE技术,从普通白菜抗霜霉病品种苏州青叶片克隆到1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit,Bcrbc S)基因的全长c DNA序列。采用q RT-PCR分析该基因在普通白菜不同组织的表达模式。利用SDS-PAGE技术分析了该基因的原核表达特征。序列分析结果表明,Bcrbc S基因的c DNA序列全长为733 bp,其中开放阅读框长度为543 bp,共编码181个氨基酸,分子质量为20.3×10~3 Da,理论等电点为8.23。氨基酸同源系统进化分析表明,普通白菜Bcrbc S基因与同科植物的进化关系相近。实时定量分析结果表明,Bcrbc S基因在普通白菜叶中表达最强;在SA和Na Cl处理下,Bcrbc S基因表达量均在处理24 h后达到峰值。原核表达载体经IPTG诱导表达出分子质量约为20×10~3 Da的融合蛋白。

糠椴核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶基因生物信息学分析

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是植物光合作用的关键酶.利用生物信息学对糠椴Rubisco基因进行开放阅读框、氨基酸组成、跨膜结构域、亚细胞定位和结合区分析,预测糠椴Rubisco的亲/疏水性和二级结构,通过同源建模构建糠椴Rubisco的三维结构.结果表明:糠椴Rubisco基因共有5个开放阅读框,其中最长的开放阅读框为1454 bp;糠椴Rubisco为亲水蛋白,共有12个蛋白结合区,含有20种氨基酸,由34.92%的α螺旋、11.36%的β折叠和53.72%的无规则卷曲组成.该结果可为研究糠椴Rubisco基因结构和功能提供参考.