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。

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。

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%。

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。

截形苜蓿液泡膜H^＋ -PPase基因克隆与序列分析

采用EST电子克隆技术,以拟南芥AVP1基因cDNA序列为信息探针,在GenBank中对豆科模式植物截形苜蓿(Medicago truncatula)的同源EST序列进行查询比较和拼接,获得了1个完整的cDNA序列跨叠群(con-tig),并通过RT-PCR成功获得了该cDNA序列,将其命名为MtVP1.该序列包含1个2 298 bp的最大读码框,编码765个氨基酸.MtVP1编码的氨基酸序列与来自绿豆、拟南芥等高等植物的Ⅰ类液泡膜H+-PPase的氨基酸序列的一致性高达84%~93%,疏水性分析和结构预测表明MtVP1编码蛋白是一个典型的膜蛋白,含有13个跨膜区,含有3个在液泡膜H+-PPase中高度保守的区域(CS1、CS2和CS3).从结构分析结果推测MtVP1与AVP1在功能上具有相似性.

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。

百脉根液泡膜H^+-PPase基因LcVP1植物表达载体构建与转基因毛白杨的获得

为通过基因工程手段进行杨树耐盐性状的遗传改良,笔者分析已克隆的百脉根液泡膜H+-PPase基因LcVP1的cDNA序列,根据其与植物表达中间载体pGN上的酶切位点设计1对带酶切位点的特异性引物,以测序质粒为模板,PCR扩增百脉根液泡膜H+-PPase基因开放阅读框片段。双酶切PCR回收产物和pGN载体,将目的片段定向连接构建成植物表达载体pGVP,并转入根癌农杆菌;在此基础上,利用根癌农杆菌介导的叶盘转化法,将百脉根液泡膜H+-PPase基因转入毛白杨基因组中。转基因杨树的获得,为获得耐盐性提高的杨树品系提供了基础。

LaCl_3和CPZ对磷饥饿番茄液泡膜H^+-ATPase和H^+-PPase活性的影响

采用水培法研究了LaCl3和氯丙嗪(CPZ)对磷饥饿番茄幼苗液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性的影响。结果表明:LaCl3处理抑制了液泡膜H+-ATPase活性,但提高了H+-PPase活性;而CPZ处理既抑制了液泡膜H+-ATPase活性,又抑制了液泡膜H+-PPase活性。同时,CPZ处理引起磷饥饿番茄幼苗可溶性蛋白质含量下降,LaCl3处理引起可溶性蛋白质含量增加。

过表达截形苜蓿液泡膜H^+-PPase基因促进拟南芥的生长和根围酸化

在前期研究工作中,中国科学研究院西北高原生物研究所分子实验室已从豆科模式植物截形苜蓿(Medicago truncatula)中克隆到一种液泡膜焦磷酸酶(V-H^+-PPase)基因Mt VP1,并进行了序列分析。在前期工作的基础上,构建植物表达载体pBI121-Mt VP1,把Mt VP1基因转入到拟南芥中,观察转基因拟南芥的表型变化。结果表明,过表达Mt VP1能使转基因株系的根系更发达,主根数增多1~2条,地上部生物量增大,并且促进了转基因株系的根围酸化能力;但幼苗耐盐性试验表明,转基因株系与对照没有明显差异。

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。

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。

唐古特白刺液泡膜Na^+/H^+逆向运输蛋白基因NtNHX1的克隆与表达分析

植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白具有将胞质中过多的Na+区隔化在液泡内,从而减轻过量Na+对细胞质的伤害,同时维持细胞的渗透势,利于植物抵御盐胁迫。以2年生唐古特白刺嫩叶为试材,采用RT-PCR和RACE方法从叶片中获得1个NHX基因cDNA全长,命名为NtNHX1,GenBank登录号为KF751928。序列分析结果表明:NtNHX1全长2 134 bp,包含281 bp的5’非编码区、218 bp的3’非编码区和29 bp的poly(A)尾巴。该cDNA编码1个544个氨基酸的多肽,等电点为8.14,推测分子质量为59.9 kDa。通过与其他物种的NHX1氨基酸序列比对,NtNHX1基因与柑橘同源性最高达81%。NtNHX1基因存在12个跨膜结构域,其中TM3跨膜结构域上具有高度保守的氨氯吡嗪脒结合位点(LFFIYLLPPI)。该位点与Na+有竞争作用。相对荧光定量PCR分析表明,NtNHX1在根、茎、叶中均有表达,叶中的表达量明显高于茎和根;在高浓度盐(200 mmol·L-1NaCl)处理下,NtNHX1在叶中的转录水平显著增强,在处理12 h后表达量达到最大值。由此推断,NtNHX1基因的表达与盐胁迫的诱导和调节有关。

一个新的水稻液泡膜Na^+/H^+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特征

通过RT-PCR技术从水稻幼苗组织中克隆了一个新的Na+/H+逆向转运蛋白基因OsNHX2,它编码一条长544氨基酸的多肽。OsNHX2与水稻和拟南芥的液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白OsNHX1、AtNHX1氨基酸序列一致性分别为78%和77%。基因结构分析表明OsNHX2与OsNHX1具有类似的外显子和内含子构成,但不同于拟南芥AtNHX1,表明OsNHX2与OsNHX1可能起源于单双子叶植物分化后的水稻染色体复制。半定量RT-PCR方法检测了OsNHX2与OsNHX1在水稻耐盐品种韭菜青与盐敏感品种IR28的地上部与根部的表达。结果表明:耐盐品种韭菜青的OsNHX2与OsNHX1基因在盐胁迫下表达持续增强,而在盐敏感品种IR28的地上部,OsNHX2基因在盐胁迫处理后1h表达增强后立即减弱,根部的表达则基本不变,而IR28地上部与根部OsNHX1则在盐胁迫处理初期表达增强,随后即减弱。研究结果表明水稻两个液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因OsNHX2、OsNHX1在盐敏感程度不同的水稻品种中表达有所不同,液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定水稻耐盐能力的一个重要因素。

盐胁迫对胡杨液泡膜H^+ATPase水解活性的影响

胡杨细胞经 50mmol·L- 1 NaCl处理 1 0d后 ,泡膜液H+ ATPase,PPiase水解活性都增加了 ,说明胡杨具有盐生植物的特性。盐胁迫对专一性抑制剂bafilomycinA1 ,DCCD更敏感 ,说明盐处理下胡杨液泡膜H+ ATPase与bafilomycinA1 ,DCCD结合位点上的构象可能发生了一定的变化。从Mg2 + ,ATP依赖性 ,NO3- 和bafilomycinA1 抑制特性、Cl- 激活特性证明胡杨液泡膜H+ ATPase是典型的V H+ ATPase。盐胁迫后 ,对底物ATP的亲和力增强。

大豆液泡膜H^+-ATPase的纯化和重组

通过不连续蔗糖密度梯度离心得到的液泡膜微囊 ,先由胆酸钠和 OG分步破膜抽提、经阴离子交换柱 ( Q- Sepharose)层析分离 .纯化后的酶含 V型 H+ - ATPase的主要亚基 ,与大豆磷脂重组 ,获得了有较高泵活性的脂酶体 .脂酶体的质子泵活性受 Valinomycin激活 ,说明它是致电性的 ,受NO-3 ,DCCD以及特异性的 V型 ATPase抑制剂 Bafilomycin的抑制 .脂酶体的泵活性不受 F型和P型 ATPase抑制剂抑制 ,表明质子转运是由 V型 H+ - ATPase引起的 .

液泡膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白与植物耐盐性

土壤盐碱化作为一种主要的非生物胁迫因子严重影响着世界范围内的农业生产。植物抵御盐胁迫的有效策略之一是将细胞质中过多的Na+区隔化在液泡,这一过程是由液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白的分子结构、功能、表达调控及其与植物耐盐性的关系等方面的研究进展,并对未来几年该蛋白的主要研究方向作了分析和展望。

液泡膜H^+-ATPase在植物的非生物胁迫响应和信号转导中的作用

液泡膜H^+-ATPase是一种多亚基复合体,在植物受到非生物胁迫后,其对逆境信号的感知转导即做出相应的变化。在Ca^(2+)通道、ABA信号通路及盐过敏感途径等信号传递的过程中,都有V-ATPase的参与。文章将对这一领域的研究进展进行介绍。

大豆液泡膜H^+-ATPase功能与构象关系的初步研究

大豆液泡膜V型H+ ATPase是ATPases中的一种 ,它在植物细胞的生长发育中有重要的作用 .利用竹红菌乙素 (HB)和KI这两种分别猝灭蛋白质疏水区域内源荧光和亲水区域内源荧光的荧光猝灭剂 ,在不同pH值、温度条件下对纯化的大豆液泡膜V型ATPase进行荧光猝灭实验 ,初步探讨了V型H+ ATPase的水解活性同其蛋白质折叠状态间的关系 .研究表明 ,通过比较不同 pH值、温度条件下蛋白质疏水区域和亲水区域内源荧光的荧光猝灭常数 (KSV) ,发现当环境pH值、温度偏离酶的最适 pH值和温度时 ,蛋白质的内源荧光强度降低且疏水区域和亲水区域内源荧光的荧光猝灭常数 (KSV)降低 ,说明伴随着酶的水解活性降低 ,蛋白质的折叠状态发生了变化 .我们认为蛋白质在膜内的折叠状态变化是酶失活机制的一个重要方面 。

NaCl胁迫下大麦根系液泡膜H^+-ATP酶活性受ATP和焦磷酸含量的调节(英文)

选用两个耐盐性强弱不同的大麦(Hordeumvulgare L. )品种, 研究了NaCl胁迫下其幼苗根中ATP和焦磷酸(PPi)含量的变化以及PPi对液泡膜H+-ATP酶活性的影响。结果表明:在含NaCl 200mmol/L的1/2 Hoagland 溶液中处理2 d,耐盐品种(滩引2号)根中液泡膜H+‐ATP酶活性增加,然后逐渐下降,而H+-PPi酶活性在NaCl处理9 d中一直下降。盐敏感品种(科品7号)在NaCl胁迫下根中H+-ATP酶和H+-PPi酶活性都下降(图1)。与对照相比较,NaCl 胁迫下耐盐品种根中ATP含量2 d时增加,4 d后下降;盐敏感品种根中ATP积累受NaCl胁迫的抑制(图2)。NaCl胁迫下,两品种的PPi含量皆略有增加(图3)。PPi对液泡膜H+-ATP酶活性有竞争性抑制作用(图4)。结果表明:ATP积累是NaCl胁迫下液泡膜H+-ATP酶活性增加的原因之一,NaCl胁迫下大麦品种根中ATP含量下降和PPi对液泡膜H+-ATP酶的抑制使该酶活性下降。