茶树金属耐受蛋白基因CsMTP11的克隆及功能分析

金属耐受蛋白MTP(metal tolerance protein)是阳离子转运蛋白(CDF)家族的重要成员,在植物重金属转运过程中发挥重要调控作用。本研究以中茶108茶树为试验材料,通过RT-PCR和RACE方法克隆到茶树重金属耐受蛋白基因CsMTP11(Gen Bank登录号为KX450265),其全长c DNA为1197 bp,编码398个氨基酸残基,其编码蛋白分子量为44.85 k D,等电点为5.34。在线软件分析表明,CsMTP11蛋白具有5个跨膜结构域,且含有CDF家族的其他保守结构域。系统进化树分析结果表明,茶树CsMTP11与葡萄VvMTP11进化同源性最近,其氨基酸序列相似度高达90%。基因表达模式分析表明,CsMTP11基因在茶树老叶中的表达量最高,根中的表达量最低,另外,CsMTP11基因受重金属Mn和Co离子胁迫诱导表达。CsMTP11-YFP融合蛋白在拟南芥原生质体共定位试验表明,CsMTP11-YFP融合蛋白定位于质膜。CsMTP11在酿酒酵母及其突变株中的异源表达可以提高其对重金属Mn和Co离子的耐受性。综上所述,茶树CsMTP11属于Mn-CDF亚家族,可能参与茶树对重金属锰和钴的转运过程。

水稻金属耐受蛋白基因OsMTP2生物信息学及表达分析

为了解水稻(Oryza sativa)响应重金属污染及对重金属积累的机制,利用生物信息学手段对水稻金属耐受蛋白(metaltolerance protein,M TP)OsM TP2的结构特征进行预测,并分析OsM TP2基因的表达特征。结果表明,该蛋白由415个氨基酸组成,具有很强的疏水性。mRNA原位杂交结果表明,OsMTP2在叶片输导组织中有较强的表达,但在根、花药中没有检测到明显的杂交信号。这说明水稻金属耐受蛋白基因OsMTP2主要在输导组织中表达,并在金属离子运输中发挥重要作用。

NtMTP1基因过表达对增强烟草Zn胁迫耐受性的研究

该研究采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,对烟草金属耐受蛋白1(MTP1)基因(NtMTP1)在烟草不同组织以及不同质量浓度ZnSO_4处理下的表达进行了分析;利用农杆菌介导法,将NtMTP1基因植物过表达载体pBI121-35S∶∶MTP1转化野生型烟草,筛选得到NtMTP1基因过表达的转基因烟草植株,并进行不同质量浓度ZnSO_4处理,检测NtMTP1基因过表达对烟草Zn胁迫耐受性的影响。结果表明:NtMTP1基因在烟草中呈现组织特异性表达,主要在花与叶中表达;NtMTP1基因的表达受到Zn^(2+)诱导,在400μmol/L ZnSO_4处理后,表达量达到最高,为对照组的3.81倍;3株转基因烟草植株中NtMTP1基因表达量分别为野生型的10.42、7.61和11.84倍,与野生型相比,过表达植株对Zn胁迫的耐受性显著增强。研究结果为阐明NtMTP1基因在烟草体内Zn^(2+)转运过程中的生物学功能提供了重要依据。

甜菜BvMTP11基因在大肠杆菌中的镉耐受功能分析

为了研究甜菜BvMTP11基因(LOC104886952)在重金属Cd逆境胁迫过程中的分子功能,明确其在细胞重金属解毒中的作用,本研究将BvMTP11基因构建于E.coli原核表达载体pEASY-Blunt E1上,并将该重组质粒转化到大肠杆菌BL21中。SDS-PAGE电泳表明,通过1 mmol·L-1 IPTG的诱导,在大肠杆菌总蛋白46 kDa左右的位置上,获得了重组菌表达的his tag-BvMTP11的融合蛋白。当施加0.5 mmol·L-1的CdCl2重金属逆境胁迫后,对照菌的生长受到了较为严重的抑制。相反,过量表达BvMTP11蛋白的重组菌表现出了较好的生长状态,并且其体内的镉离子含量也要远低于对照菌。这说明,甜菜BvMTP11基因可以在一定程度上提高E.coli对Cd2+的耐受性,并有可能通过对Cd2+的转运和富集来解毒重金属对细胞的伤害。研究结果也进一步说明了甜菜BvMTP11在镉逆境胁迫分子机制中发挥着重要作用。

蒺藜苜蓿中CDF家族锌转运体MtMTP3的鉴定和表达调控分析

植物体内阳离子扩散协助蛋白(cation diffusion facilitator proteins,CDF)也称为金属耐受蛋白(metal tolerance protein,MTP),在提高植物对锌抗性和调节锌在植物体内分布起到重要作用。本研究根据拟南芥AtMTP1基因序列从模式豆科植物蒺藜苜蓿基因组中鉴定了一个CDF家族锌转运体基因MtMTP3。生物信息学分析表明MtMTP3编码385个氨基酸,属于CDF家族锌转运体;酵母功能互补实验证实MtMTP3具有转运Zn的功能;基因表达检测结果显示MtMTP3主要在蒺藜苜蓿根部表达,高浓度Zn、Mn或者缺Fe处理均能促进MtMTP3的表达,表明该蛋白与根部重金属转运有关;RT-PCR和定量PCR检测结果显示该基因在低磷条件下表达量升高,接种丛枝菌根真菌能显著抑制MtMTP3表达,即使在高浓度锌处理下,MtMTP3表达也明显受到抑制。这些研究结果表明,丛枝菌根真菌可能通过促进磷吸收,进而调控MtMTP3基因的表达。

小麦MTP基因家族分析及其在胁迫下的作用

金属耐性蛋白(metal tolerance protein,MTP)通过结合流入或流出胞质溶胶中的金属来维持植物体内的金属稳态。该研究通过多种生物信息学方法鉴定并分析小麦基因组TaMTP基因,并用qRT-PCR技术分析TaMTP基因在多种重金属胁迫下的表达情况,为深入研究该家族基因对小麦生长发育的调控机理及其抗逆性提供理论依据。结果表明:(1)TaMTPs均具有阳离子外排家族结构域,大多数成员具有锌转运蛋白二聚结构域;系统发育和聚类分析显示,TaMTP蛋白主要分为G1、G5、G6、G7、G8、G9和G12七组;基因结构和基序分析表明,TaMTP基因多具有相对保守的外显子-内含子排列和保守基序。(2)由RNA-Seq数据的基因表达谱分析发现,不同TaMTP基因都有其独特的表达机制,其中TaMTP1-1Bb和TaMTP1-1D在非生物胁迫下表达水平较高,TaMTP1-1A、TaMTP1-1Bb、TaMTP1-1D、TaMTP11-3Ab、TaMTP11-3B和TaMTP11-3D在生物胁迫下有较高的表达量。(3)qRT-PCR分析表明,当小麦遭受锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镉(Cd)、锰(Mn)和铁(Fe)重金属胁迫时,TaMTP1-1A、TaMTP8-4A、TaMTP8-4D、TaMTP11-3Aa和TaMTP11-3B共5个TaMTP基因的表达水平增加,表明每种金属离子均可诱导这些TaMTP基因在根和叶的表达,但TaMTP1-1A和TaMTP8-4A在Fe^3+与Cu^2+胁迫下的表达情况完全相反,且在Fe^3+胁迫下小麦叶和根组织中2个基因的表达量均很低,推测TaMTPs可能参与相应的微量元素的耐受或转运,但不同TaMTP对不同金属的转运功能存在差异。

甜菜BvMTP11基因的克隆及序列分析

在植物中,金属耐受蛋白(Metal tolerant proteins,MTPs)是阳离子转运家族(Cation effluxtransporters)重要的成员之一,其在细胞重金属逆境耐受性及离子平衡代谢中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR方法,在甜菜体内克隆获得了Beta vulgaris metal tolerantce protein 11(BvMTP11)基因的全长序列。该基因CDS全长为1 227 bp,编码了408个氨基酸,分子量(Mw)和等电点(pI)分别为45.935 kDa和4.89,属于相对不稳定蛋白。该基因编码的蛋白有5个跨膜螺旋区,是一种具有阳离子排出域(Cation efflux domain)的膜蛋白,并且有80%的可能性定位于过氧化物酶体膜上。因此可以推测,BvMTP11可能作为甜菜体内重要的转运蛋白参与到重金属逆境胁迫应答网络中,同时,该基因的克隆也为进一步研究其在重金属逆境下的分子机制奠定基础。

芸薹属AC基因组MTP1基因的生物信息学分析

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtMTP1基因序列为参考,利用白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)、甘蓝型油菜(Brassica napus)全基因组数据对MTP1基因进行全基因组水平鉴定,通过Blastn比对和保守结构域分析,在芸薹属AC基因组中共鉴定到8个MTP1基因,其中白菜1个、甘蓝3个、甘蓝型油菜4个(A亚基因组3个、C亚基因组1个)。生物信息学分析结果表明,在蛋白质理化性质、二级结构、跨膜结构域、磷酸化位点等方面,3个物种中的MTP1基因间各有差异,并使用甘蓝型油菜转录组数据比较分析4个BnMTP1基因在不同组织部位的表达模式。