小麦玉米黄质环氧化酶(ZEP)cDNA的克隆及序列分析

应用RT-PCR方法从小麦(Triticum aestivumL.cv.Chinese Spring)中克隆了玉米黄质环氧化酶(zeaxanthin epoxidase,ZEP)cDNA,其长度为1572 bp,编码540个氨基酸,包含FAD结合位点区域及中心未知功能区域。聚类分析表明:该cDNA序列及预测的蛋白序列与水稻(Oryza sativa)有很高的同源性。保守引物的3'RACE RT-PCR实验结果显示出ZEP cDNA的3'末端在普通小麦及广泛应用于小麦染色体工程的小麦族近缘物种及其双二倍体、易位系等材料之间具有多样性,这为研究染色体组的互作对光合作用关键基因的调控奠定了基础。

甜瓜玉米黄质环氧化酶基因的电子克隆及生物信息学分析

对甜瓜玉米黄质环氧化酶(Zeaxanthin epoxidase)进行电子克隆及功能预测。根据基因同源同功原理,利用基于GengBank的EST数据库和CAP3在线软件进行同源搜索和序列拼接,克隆甜瓜玉米黄质环氧化酶基因得到序列ZE,再利用生物信息学数据库及相关软件对其进行结构和功能的预测分析。结果显示:ZE的cDNA序列长2 323 bp,开放阅读框编码657个氨基酸残基,分子量为72.4 kDa,具有一个由56个氨基酸组成的FHA结构域(553～608)。该蛋白是一个亲水性稳定蛋白,参与叶黄素循环,类胡萝卜素的生物合成等代谢反应。

太子参玉米黄质环氧化酶基因的克隆与表达分析

玉米黄质环氧化酶(zeaxanthin epoxidase,ZEP)在植物脱落酸(abscisic acid,ABA)生物合成间接途径中发挥着重要调节作用。该研究根据太子参转录组数据,克隆获得太子参的Pseudostellaria heterophylla玉米黄质环氧化酶基因,命名Ph ZEP。对其序列进行生物信息学分析,结果表明Ph ZEP的开放阅读框(open reading frame,ORF)为1 263 bp,编码420个氨基酸,预测其蛋白的相对分子质量为47.34 k Da,等电点(theoretical p I)为6.64;具有脂质蛋白附着点和黄素蛋白单加氧酶的特征性结构域,且在N端含有分泌信号肽。实时荧光PCR分析发现,Ph ZEP在叶片中表达量最高,其次是茎和须根;Ph ZEP在盛花期后10,40 d块根中的表达量较高;ABA处理后Ph ZEP表达量与对照组相当,经氟啶酮处理后Ph ZEP的表达量显著高于对照组。该研究从太子参中分离鉴定了ZEP基因,对后续研究其基因的功能特点和解析ABA在太子参生长发育过程的遗传调控提供研究基础。

烟草玉米黄质环氧化酶基因的转录表达模式及其功能研究

通过Real-time PCR检测了普通烟草(Nicotiana tabacum)红花大金元的玉米黄质环氧化酶(Zeaxanthin epoxidase,ZE)ZE基因在盛花期不同器官中的表达量.利用烟草脆裂病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术抑制本氏烟草(Nicotiana benthamiana)ZE基因的表达,在该基因沉默后,Real-time PCR检测其上游基因的表达变化;同时检测烟草中质体色素(β-胡萝卜素、紫黄质、新黄质、叶黄质、叶绿素a和叶绿素b)含量的变化.结果显示:ZE基因在盛花期的第10位叶片、第15位叶片和花萼中表达量较高.与对照组相比,在ZE基因沉默后,其上游的基因八氢番茄红素合成酶(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶(PDS)、ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)、类胡萝卜素异构酶(CRTISO)、番茄红素β-环化酶(β-LCY)、胡萝卜素β-环羟化酶(β-OHase)和紫黄质脱环氧化酶(VDE)的表达量降低;烟草中质体色素的含量降低.以上结果说明:ZE基因作为类胡萝卜素合成通路下游的基因在该通路中发挥着重要的调控作用,该基因表达量的变化可以影响烟草中质体色素的含量,与烟草的光合生理过程也存在着密切关系.

天线蛋白和类囊体膜脂对光合系统紫黄质循环的调节作用研究进展

紫黄质循环是紫黄质(V)经过中间物单环氧玉米黄质(A)形成玉米黄质(Z)的可逆转换,是光合系统聚光复合体在低光下的聚光状态与高光下的能量耗散状态之间的转换开关。叶黄素中的玉米黄质可钝化(去激发)激发三线态叶绿素(3 Chl*)和激发单线态氧(1 O2*),紫黄质循环可直接或间接地通过非光化学淬灭(NPQ)耗散PSⅡ天线蛋白中的过量光能。天线蛋白被认为是依赖玉米黄质(Z)耗散过量光能的部位,天线蛋白通过结合紫黄质循环组分(V,A和Z)来调节紫黄质循环。类囊体膜脂的性质和结构影响紫黄质循环组分(V,A和Z)间的转换,V的脱环氧化速率依赖于V在类囊体膜脂上侧向扩散的速率,紫黄质脱环氧化作用第一步(由V到A的转换)的速度常数是第二步(由A到Z的转换)速度常数的4～6倍。现有的结果表明,天线蛋白和类囊体膜脂是紫黄质循环最基本的调节器。该文对近年来国内外关于紫黄质循环的基本反应及其功能、紫黄质循环酶结构性质和辅因子以及天线蛋白和类囊体膜脂对紫黄质循环的调节作用及其机理等方面的研究进展进行了综述。

植物叶黄素循环及其光保护作用的研究进展

当植物吸收过量光能时会产生光抑制,引起光合器官的破坏,甚至导致植物死亡。叶黄素循环是植物应对过量光能时主要的光保护机制,可以有效清除并阻止有害副产物三线态的叶绿素分子和单线态氧的积累。因此,植物叶黄素循环相关机理的研究具有重要的理论和实际意义。综述了植物叶黄素循环的组成、关键酶的功能与调节及其在光保护中的作用。

草莓叶黄素循环关键酶基因VDE和ZEP的克隆与分析

叶黄素循环在逆境胁迫中对植物光系统起着重要的保护作用。紫黄质脱环氧化酶(VDE)和玉米黄质环氧化酶(ZEP)是调控叶黄素循环的关键酶。本研究采用RT-PCR和RACE技术率先从草莓中克隆获得VDE和ZEP基因。VDE基因c DNA全长1 842 bp,ORF为1 467 bp,编码489个氨基酸;ZEP基因c DNA全长2 325 bp,ORF为1 980 bp,编码660个氨基酸。生物信息学分析表明草莓VDE与ZEP基因所编码的氨基酸序列与蔷薇科的苹果、桃和梅等植物的亲缘关系较近。荧光定量分析发现VDE和ZEP基因在草莓根、茎、叶、花、果实中皆有表达,说明二者均为组成型表达基因,并且叶片中基因的表达量最高而根中最低,推测与其在草莓叶黄素循环调控的作用有关。

三角褐指藻岩藻黄素合成相关的ZEP家族基因的生物信息学、亚细胞定位及表达分析

目的克隆三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)玉米黄质环氧化酶ZEP家族基因,为深入研究其在岩藻黄素合成途径中的功能奠定基础。方法通过转录组测序获得了3条三角褐指藻ZEP家族基因(ZEP1、ZEP2和ZEP3)的cDNA全长序列,并对其进行生物信息学分析。构建瞬时表达载体,经农杆菌介导转染烟草,在共聚焦显微镜下观察其亚细胞定位。用实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测ZEP家族基因的表达。结果三角褐指藻ZEP1、ZEP2和ZEP3蛋白均属于FAD/NAD(P)-binding domain同源超家族,为亲水酸性蛋白,存在信号肽,其中ZEP1和ZEP3属于跨膜蛋白,ZEP2不属于跨膜蛋白。系统进化树分析结果表明,三角褐指藻与圆柱拟脆杆藻(Fragilariopsis cylindrus)和假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)等硅藻的ZEP蛋白亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明,三角褐指藻ZEP1和ZEP2蛋白定位于叶绿体上,而ZEP3蛋白定位于细胞质上。qRT-PCR结果表明,随着光合诱导素(photosynthetic induction factor,PIF)浓度的增加,3个基因的表达整体呈上升趋势,岩藻黄素的含量逐渐升高。结论ZEP家族基因表达与岩藻黄素含量变化趋势均一致,说明该家族基因的表达可能与岩藻黄素的生物合成存在一定的关系。

外源ABA对叶子花开花及内源ABA合成关键酶的影响

以叶子花‘大红宝巾’(Bougainvillea glabra‘Mrs Butt’)为试材,研究外源脱落酸(ABA)对其开花及其生物合成关键酶含量与活性变化的影响。结果表明:外源ABA对叶子花的成花有促进作用;去甲二氢愈创木酸(NDGA)浓度大于10μmol·L-1时,ABA的合成明显被抑制,低浓度NDGA与高浓度ABA共同作用反而对内源ABA含量的升高具有增效作用;内源ABA的变化趋势与9–顺式–环氧类胡萝卜素双氧合酶(NCED)含量的变化趋势相一致,表明NCED为ABA生物合成途径中的限速酶;外源ABA使玉米黄质环氧化酶(ZEP)、NCED、ABA醛氧化酶(AAO)含量及活性均明显上升,表明ABA能自我催化调节其合成,且单一酶基因或单一酶促反应并不能合理解释ABA水平的变化,推测ABA信号的作用机制是一个由多酶有机统筹系统控制的结果。