液泡膜H^+-PPase与植物耐盐性

文章介绍植物液泡膜H+-PPase的结构、功能及其分子生物学的研究进展,并着重阐述液泡膜H+-PPase在植物耐盐性中的作用。

植物液泡膜H^+-ATPase和H^+-PPase 研究进展

植物液泡膜ATP酶(H^+-ATPase)和液泡膜焦磷酸酶(H^+-PPase)是液泡膜上两个含量丰富的蛋白,其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜H^+-ATPase和H^+-PPase水解底物释放能量,同时产生大量H^+由胞质泵入液泡内,形成细胞质与液泡间的H^+电化学势梯度,为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力,维持细胞内的离子稳态和渗透平衡,为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外,液泡作为植物细胞离子养分的储存库,其膜上H^+-ATPase和H^+-PPase能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例,进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下,提高液泡膜H^+-ATPase和H^+-PPase的活性有利于提高植株对逆境的适应能力,从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜H^+-ATPase和H^+-PPase的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能,并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述,为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。

NaCl胁迫对骆驼蓬幼苗液泡膜H^＋-ATPase和H^＋-PPase活性的影响

研究了不同浓度NaCl胁迫对骆驼蓬幼苗Na+、K+含量及液胞膜H+-ATP酶(H+-ATPase)和H+-焦磷酸酶(H+-PPase)活性的影响。结果表明,NaCl胁迫浓度的增加使骆驼蓬幼苗根、叶中的K+含量下降,Na+含量和Na+/K+比及K+对Na+的吸收和运输选择性增高;根、叶液胞膜H+-ATPase和H+-PPase活性升高,H+-ATP酶耦联比率无显著变化;根液胞膜依赖ATP和PPi的质子泵活性及Na+/H+逆向转运活性先升后降,叶依赖ATP的质子泵活性及Na+/H+逆向转运活性升高,依赖PPi的质子泵活性先升后降。说明液泡膜H+-ATPase和H+-PPase驱动的质子泵和Na+/H+逆向转运活性对Na+在液泡内的积累及其骆驼蓬的耐盐性起重要作用。

刚毛柽柳液泡膜H^+-PPase基因的克隆与胁迫下的表达分析

通过对刚毛柽柳转录组分析,鉴定获得1个液泡膜H^+-PPase基因的cDNA序列,命名为ThVP1。该cDNA序列全长3 022bp,开放阅读框为2 298bp,编码765个氨基酸,编码蛋白相对分子质量80.37kD,理论等电点5.25。ThVP1编码蛋白的疏水性较强,含有13个跨膜区。氨基酸多序列比对结果显示,ThVP1具有典型的液泡膜H^+-PPase家族3个高度保守片段(CS1、CS2和CS3),与大豆VP1氨基酸序列一致性最高,为93%。系统进化分析表明,ThVP1属于I型液泡膜H^+-PPase基因。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NaCl和PEG胁迫下,ThVP1在柽柳根和叶中均呈现明显上调表达,表达量最高达到对照的20.9倍,暗示ThVP1可能在刚毛柽柳抗旱耐盐过程中发挥重要作用。

植物中液泡膜H^+-PPase的研究进展

液泡膜H+-PPase是一种广泛存在于很多生物体内的H+转运酶,主要介绍近年来该酶在植物抗逆性以及植物生长的调节作用上的研究进展。

海滨雀稗液泡膜H^+-PPase(PvVP1)5′端的克隆和序列分析

根据已公布液泡膜H+-PPase基因家族同源序列保守区设计简并引物,克隆出海滨雀稗中PvVP1基因的中间序列,然后用快速扩增cDNA末端(rapid amplification of cDNA end,RACE)方法,从海滨雀稗中克隆到PvVP15′cDNA序列。该序列ORF长1605bp,编码535个氨基酸,其编码序列、氨基酸序列与玉米相应基因的同源性分别为93%和99%。

液泡膜H^+-PPase及其对逆境胁迫的反应

概述了液泡膜Ｈ~＋-ＰＰａｓｅ的分子组成、生化性质、生理功能及该酶对逆境的响应。

百脉根液泡膜H^+-PPase基因的cDNA克隆与分析

采用EST电子克隆和RACE技术从豆科模式植物百脉根中克隆到一个液泡膜H+-PPase基因的cDNA,命名为LcVP1。该cDNA长为2962bp,含2304bp的完整开放阅读框,编码767个氨基酸,其推测的氨基酸序列与绿豆、拟南芥等I类液泡膜H+-PPase的氨基酸序列同源性在80%以上,且有很高的功能区段保守性。该cDNA序列已提交GenBank,登录号为EF440187。半定量RT-PCR表明,LcVP1在根、茎、叶中的表达不同,叶中表达最多,茎中最少。

植物液泡膜H^+-Pyrophosphatase基因功能研究进展

植物液泡膜H+-PPase是一种区别于H+-ATPase的质子泵,广泛存在于生物体内.该文重点介绍植物液泡膜H+-PPase基因及同源基因的结构和功能方面的研究进展,以及该基因在不同植物上遗传转化体系的建立,并展望了该基因应用于植物耐盐抗旱基因工程中的前景.

胁迫反应中的液泡膜H^+-ATPase

在简要阐述植物细胞液泡膜上V型H＋-ATPase的基本结构和一般特性的基础上，介绍在胁迫应答中，该酶通过改变分子结构，调节其功能及其在植物细胞信号转导中可能存在的调节机制，以及液泡膜V型H＋-ATPase在植物抗逆生理行为中的重要作用。

不结球白菜体内硝酸盐积累与其液泡膜上质子泵的关系

用蔗糖密度梯度离心法分离了水培不结球白菜品种上海青叶柄与叶片液泡膜,并测定了与硝酸盐运输相关的质子泵的水解活性。结果表明,液泡膜纯度达到35%~40%;在离体条件下,叶片和叶柄中H+-ATPase和H+-PPase的最佳pH值均为8.0左右;叶柄细胞液泡膜H+-ATPase和H+-PPase的水解活性显著高于叶片,且叶柄液泡膜上H+-ATPase和H+-PPase有较高的Vm ax值。试验表明,硝酸盐在叶柄与叶片中的积累差异与其液泡膜上的质子泵活性大小密切相关。

硅对盐胁迫下黄瓜幼苗根系质膜、液泡膜酶活性的影响

研究硅对盐胁迫下黄瓜幼苗生长及根细胞质膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase、H+-PPase和Ca2+-ATPase活性的影响。结果表明:盐胁迫严重抑制黄瓜幼苗生长,根细胞质膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase、H+-PPase和Ca2+-ATPase活性明显降低。硅处理明显提高盐胁迫黄瓜根液泡膜H+-ATPase、H+-PPase、Ca2+-ATPase活性,一定程度上维持了液泡膜质子泵活性,有效地防御了细胞质酸化,这可能是硅提高黄瓜耐盐性的一个重要因素。

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na+的外排、减少Na+的吸入和Na+的区隔化,而Na+的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K+/Na+离子转运蛋白,Na+/H+逆向转运蛋白以及液泡膜H+-PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。

ATPase与植物抗盐性

本文综述了高等植物细胞ATPase在盐胁迫下的活性变化及其调控机制。V型H+_ATPase与细胞离子区隔化和植物抗盐性密切相关。盐胁迫提高抗盐植物液泡膜H+_ATPase活性,主要是通过增加V型H+_ATPase主要功能亚基的基因表达以及蛋白质合成。盐胁迫通常降低质膜H+-ATPase活性,很可能是由于酶蛋白质合成受阻,质膜H+-ATPase活性的变化与盐胁迫的强度和时间长短有关。此外,本文还对ABA和Ca2+-CaM等胁迫信号物质对ATPase活性的调控及其与植物抗盐性的关系进行了总结。研究ATPase对盐胁迫的响应和调控机制,有助于阐明植物的盐生境适应机制,也有利于植物的抗盐育种工作。

植物液泡膜H+-PPase在耐盐性调控中的作用

液泡膜上的质子泵在实现液泡多种生理功能中起着关键作用,其中植物液泡膜质子焦磷酸酶(H^(+)-pyrophosphatase,H^(+)-PPase)能够通过水解无机焦磷酸(inorganic pyrophosphate,PPi)以维持胞内PPi稳态。液泡膜H^(+)-PPase将质子转移到液泡中以维持液泡腔的酸度,为其他转运蛋白提供质子驱动力,进而广泛参与植物生长发育和逆境胁迫响应过程。本文综述了近年来植物液泡膜H^(+)-PPase的结构、分类以及功能研究进展,并重点介绍了植物液泡膜H^(+)-PPase在植物抵御盐胁迫中的作用。

根系限制对番茄幼苗生长、根系呼吸、ATPase和PPase活性的影响

采用营养液水培的方式,研究了根系限制处理对番茄幼苗生长、根系呼吸、质膜和液泡膜上相关酶以及根尖细胞超微结构的影响。结果表明,在处理初期,根系限制促进了番茄幼苗根系细胞色素途径呼吸而抑制了交替途径呼吸;而在后期,根系限制处理显著地抑制了番茄植株的生长,对根系的生长抑制更为明显,且抑制过程伴随着根系总呼吸、细胞色素途径呼吸的降低。此外,根系限制显著抑制了质膜H+-ATPase,液泡膜H+-ATPase和H+-PPase的活性并导致根尖细胞核的解体。

等渗盐胁迫对番茄抗氧化酶和ATP酶及焦磷酸酶活性的影响

用Ca(NO3)2 80 mmol/L和NaCl 120 mmol/L等渗溶液处理番茄幼苗后,细胞质和叶绿体中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性升高,并且NaCl胁迫的作用明显高于Ca(NO3)2胁迫。Ca(NO3)2处理提高了线粒体中SOD、CAT、APX的活性,而NaCl处理降低了它们的活性。根系质膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase、焦磷酸酶(H+-PPase)的活性和叶片丙二醛(MDA)及脯氨酸含量在两种盐胁迫后明显增加。NaCl处理对植株生长的抑制程度明显高于Ca(NO3)2处理。