棉花DUR3基因的鉴定及进化分析

植物DUR3同源蛋白属于钠离子/溶质共运蛋白家族的尿素高亲和力运输蛋白,在植物体对外源尿素的主动吸收及内源尿素的再分配过程中具有重要作用。为明确棉花DUR3基因的结构和进化情况,基于生物信息学的方法,从全基因组水平鉴定陆地棉和雷蒙德氏棉的DUR3基因,并对基因结构、跨膜结构域、基序分布、进化关系等进行分析。结果表明:(1)从陆地棉A亚组和D亚组染色体各鉴定出1个DUR3基因,从雷蒙德氏棉基因组鉴定出1个DUR3基因。这3个棉花DUR3同源蛋白同其他植物DUR3同源蛋白一样,具有15个跨膜结构域,具有3个位置一致、高度保守的基序。(2)基因结构分析表明,双子叶植物DUR3基因的外显子个数明显多于单子叶植物,这3个棉花DUR3基因的外显子个数亦是如此。(3)根据物种间种属亲缘关系,对不同物种DUR3氨基酸序列构建的进化树显示,棉花的同双子叶植物的聚在一起。(4)DUR3直系同源基因和旁系同源基因的K a/K s比值普遍均大于1,说明这些基因在进化过程中主要受到正向选择的作用。该研究结果为深入研究棉花DUR3同源蛋白提供了理论基础。

槟榔DUR3基因鉴定及组织表达特异性分析

为了探究DUR3家族基因在槟榔尿素转运过程中的作用,本研究利用拟南芥DUR3同源蛋白为探针序列,从槟榔基因组数据库中鉴定DUR3家族基因,利用生物信息学方法对其基因结构、进化关系、保守结构域、跨膜结构域和表达模式进行分析。结果表明,从槟榔基因组中共鉴定出2个DUR3基因,与其他植物的DUR3同源蛋白类似,具有15个跨膜结构域,其保守结构域和基序位置也高度相似。不同物种的DUR3氨基酸序列构建的进化树显示,双子叶植物和禾本科单子叶植物各聚为一支,而棕榈科单子叶的植物单独聚为一支,且与双子叶植物亲缘关系更近。DUR3直系同源基因的Ka/Ks比值小于1,这表明这些物种的DUR3基因在物种进化中受到纯化选择压力。本研究为深入研究槟榔的DUR3基因的功能提供了理论依据。

高等植物尿素代谢及转运的分子机理

尿素广泛存在于自然界中,是易于被许多生物(如植物)利用的生长氮源。该文通过概述尿素在不同生命系统中存在的基础生理意义及各类型尿素转运蛋白,讨论了植物细胞中尿素合成与分解的各种途径及尿素在植物氮营养、代谢和运输中的生理作用。迄今为止,在植物中已发现了2类转运尿素的膜蛋白,即MIPs和DUR3,它们分别在低亲和力、高亲和力尿素运输中发挥潜在作用。异源表达结果表明MIPs介导了尿素的被动迁移;而AtDUR3则参与拟南芥根系对尿素的吸收。对MIPs和DUR3转运尿素的酶学特征、亚细胞作用位点和表达调控状况等的研究表明:它们的分子生物学功能与植物的氮营养及氮素再分配和利用相关。

尿素吸收型工业黄酒酵母单倍体工程菌的构建

氨基甲酸乙酯是黄酒生产中的副产物,具有致癌性。尿素是氨基甲酸乙酯(EC)的主要前体物质,为降低黄酒中EC的含量,通过提高尿素转运蛋白基因DUR3的表达水平,构建了尿素吸收型工业黄酒酵母单倍体工程菌。采用融合PCR技术,将DUR3基因置于强启动子PGK1p后,构建过表达组件"URA3-PGK1p-DUR3-PGK1tURA3",转化工业黄酒酵母单倍体Na(MATa),获得单倍体工程菌Na-uD。通过实验室黄酒发酵,工程菌所酿黄酒发酵液中尿素含量降低了55.0%,EC含量降低了10.9%,其他理化指标无明显差异。因此过表达DUR3基因的工程菌Na-uD具有"吸收尿素"的能力,能够降低发酵液中尿素的含量,且无外源抗性基因的引入。

植物尿素代谢及稳态调节机制研究进展

尿素是农业生产中施用量最多的氮肥之一,也是植物体内重要的代谢中间产物。普遍认为,植物主要吸收土壤中经土壤微生物转化产生铵态氮和硝态氮,直接吸收尿素和内部水解作用并不显著,但这一观点正受到挑战,因为植物拥有专用的尿素转运蛋白,能够利用尿素作为唯一氮源。本文通过概述尿素在不同生命系统中存在的基础生理意义及MIPs和DUR3系统在调控尿素吸收、转运以及库/源间氮循环过程的作用,讨论了脲酶在促进尿素氮的同化、信号传导,精氨酸途径和酰胺途径在维持C/N代谢平衡和激素信号网络调节机制,以及植物尿素代谢及稳态调节机制在农业运用方面的展望。通过阐述植物体内局部尿素浓度与整体的氮素状态信号的反馈调节调控氮素的吸收和再利用的复杂调控网络,为提高作物氮的吸收、利用及再分配和农作物遗传改良奠定理论基础。