拟南芥CDF家族基因AtMTP6编码一个锌离子转运蛋白

CDF家族蛋白在金属离子的动态平衡和耐受过程中起重要作用,拟南芥基因组序列分析表明,拟南芥中CDF家族至少由12个成员构成.本研究通过功能互补的方法研究其中的一个成员AtMTP6的功能.应用RT-PCR克隆得到其cDNA,克隆至pMD18-T载体并测序,结果显示与AtMTP6的ORF序列一致.然后亚克隆至表达载体pTrc99A并转化至大肠杆菌突变株KAM3.IPTG诱导表达后进行功能互补分析,结果表明AtMTP6能转运锌离子进入KAM3,使细菌对高浓度的Zn2+更加敏感.

阳离子扩散促进子(CDF)家族蛋白的研究进展

阳离子扩散促进子家族(Cation diffusion facilitator family,CDF)是一类负责转运重金属离子的新型蛋白质家族。该家族蛋白主要定位在包括细菌的细胞膜、植物和酵母的液泡膜以及哺乳动物的高尔基体在内的各类膜或膜系统上。CDF家族蛋白由于在维持生物体内金属离子的体内平衡、解除金属过度积累对生物造成的毒性以及生物修复等方面的重要作用而受到了人们的广泛关注,其结构特征、拓扑学分析、保守的特征序列、底物专一性、转运机制以及系统发育学等已被深入研究。本文从以上几个方面对CDF家族蛋白的有关研究进展进行了综述,并对其未来的研究方向予以展望。

空心莲子草MTP基因家族的鉴定、特征及表达分析

金属耐受蛋白(MTP)是阳离子转运蛋白家族(cation transporter family,CDF)的重要成员,在植物重金属转运及解毒中发挥关键作用。为系统鉴定和分析空心莲子草MTP基因家族(ApMTP),本研究以模式物种MTP序列作为种子序列,BLASTP比对空心莲子草氨基酸序列数据库,成功鉴定到40个ApMTP候选,随后对它们进行了系统发育、保守结构域、基因结构等生物信息学分析。结果表明:鉴定到的40个ApMTP中,大部分成员含有2~6个跨膜结构域(transmembrane domain,TMD);系统发育分析将40个ApMTP分为Fe/Zn-CDF(7)、Mn-CDF(20)和Zn-CDF(13) 3个亚家族;在Zn-CDF和Zn/Fe-CDF亚家族ApMTP的TMD-Ⅱ和TMD-Ⅴ上或附近识别到保守基序HXXXD,在Mn-CDFs亚家族的TMD-Ⅱ和TMD-Ⅴ上识别到保守基序DXXXD。表达模式分析发现,ApMTP具有组织特异性表达和响应根部低钾等不同处理的特征。

黄瓜MTP基因家族分析及重金属胁迫下表达特征

该研究以模式物种(拟南芥、水稻、玉米)的MTP序列作为种子序列,对黄瓜MTP基因家族(CsMTP)成员进行了系统鉴定和分析;并以Zn^(2+)、Cd^(2+)、Mn^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(2+)和Mo^(2+)处理后的黄瓜叶片和根系为材料,对CsMTP响应金属离子的表达模式进行了研究,为探究该基因家族对黄瓜重金属胁迫调控机制提供理论依据。结果表明:(1)黄瓜含有10个CsMTP,可进一步分为Fe/Zn-CDF(2个)、Mn-CDF(3个)和Zn-CDF(5个)三个亚家族,Mn-CDF成员含有保守基序DxxxD,Zn-CDF和Fe/Zn-CDFs成员含有保守基序HxxxD,大部分CsMTP成员含有6个跨膜结构域。(2)RNA-seq数据分析表明,CsMTP具备组织特异性表达和响应不同处理的特征,CsMTP11、CsMTP3和CsMTP7在不同组织和处理下普遍高水平表达,且外源化学试剂处理可诱导同一基因的不同表达模式。(3)RT-PCR分析表明,CsMTPs可被不同重金属离子诱导差异表达,包括不是MTP家族潜在底物的重金属。

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。

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。

丛枝菌根真菌Funneliformis mosseae锌转运体基因FmZnT1的克隆与表达分析

丛枝菌根(AM)真菌中锌(Zn)平衡或抗性的机制仍未被完全理解,主要是由于响应Zn压力抗性基因的分子信息有限。为了揭示AM真菌中Zn抗性的分子基础,利用兼并PCR与RACE技术从摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)中分离到一个全长cDNA,命名为Zn转运体FmZnT1,它与根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)的GintZnT1基因密切相关。根据其序列与系统进化分析,FmZnT1属于阳离子扩散促进体(CDF)家族的Zn型亚家族。通过RT-PCR与定量RT-PCR的结果表明FmZnT1基因在AM真菌的各组织中组成型表达,与生长阶段和侵染率无关。在Zn^(2+)(300μmol/L)处理的紫云英菌根中FmZnT1基因的转录水平被迅速诱导,然而在长时间暴露于低Zn^(2+)(30μmol/L)浓度的菌根中FmZnT1的表达被显著上调。因此这些数据表明编码CDF家族Zn转运体的Fm Zn T1基因可能对摩西管柄囊霉(F.mosseae)中的Zn^(2+)压力具有抗性。总而言之,从本研究获得的数据能够对AM真菌中Zn平衡与Zn抗性有初步的理解。

茶树锌转运蛋白基因CsMTP1的克隆和功能鉴定

阳离子扩散促进蛋白(cation diffusion facilitator protein,CDF)是一类重要的金属转运蛋白,对维持细胞中Zn、Fe和Mn等元素的动态平衡起着重要作用。本研究利用RT-PCR技术,从茶树中克隆得到1个CDF家族基因,命名为CsMTP1(GenBank登录号:MN061493)。该基因开放阅读框长度为1353 bp,编码450个氨基酸,蛋白质相对分子质量为49.20 kDa,理论等电点5.99;不稳定指数为38.68,属于稳定蛋白;N端序列保守性较低,C端序列保守性相对较高;与猕猴桃(Actinidia chinensis)和木薯(Manihot esculenta)的序列相似性较高;位于细胞质膜,共含有6个跨膜结构域。系统发育树分析表明,CsMTP1与山萮菜(Eutrema salsugineum)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、菥蓂(Thlaspi arvense)和欧洲油菜(Brassica napus)的进化关系较近,属于Zn-CDF亚族。启动子分析发现,CsMTP1启动子序列中含有多个脱落酸和茉莉酸甲酯响应元件、光响应元件及MYB结合位点。实时荧光定量PCR分析发现,高浓度Al处理条件下,CsMTP1在茶树根部和第1叶中的转录变化相反,在根中先升后降,而在第1叶中先降后升;高浓度Mn处理诱导了CsMTP1在根中和第1叶中的转录;高浓度Fe和高浓度Zn处理均抑制了CsMTP1在茶树根中的转录,并不同程度地诱导了该基因在茶树第1叶中的转录。这表明,CsMTP1对高浓度Al、Fe、Zn和Mn有不同的响应模式。酵母功能互补实验证实CsMTP1具有转运Zn的功能。