最佳投影识别法用于胍类化合物的Na/H交换抑制活性的分子筛选

提出了一种新的模式识别方法———最佳投影识别法(optimal map recognition method) ,该方法可从已知模式识别投影图中筛选出最佳的一个.将该方法应用于N(3氧3 ,4二氢2 H苯并[1 ,4] 嚙嗪６羰基） 胍类化合物的Na/H 交换抑制活性的分子筛选,得到了建模所用的最佳模式识别投影图,在此基础上形成的判据可用以筛选得到具有较高Na/H

Na超负荷与Na/H交换的关系——在等容收缩离体大鼠心脏的研究

心脏富氧灌流30min稳定后随机分为四组:(1)对照组:富氧灌流75min;(2)低血流缺氧组:低血流缺氧45min后,再富氧灌流30min;(3)Ouabain组:于低血流缺氧过程中,溶Ouabain(200μmol/L)于K—H液中,余同组(2);(4)Ouabain+Amiloride组:除在低血流缺氧期给0.5mmol/L amiloride外,余同组(3)。与低血流缺氧组相比,Ouabain可引起再灌注时心肌Na的明显增加并伴有心室功能的抑制,Amiloride可明显减轻这一损害作用。这表明,Na/K ATPase活性的抑制与再灌注心肌的Na超载有关,而这一作用的机制可能是由于Na/H交换的激活所引起。

支持向量机用于胍类化合物Na/H交换抑制活性的模式识别

将Vapnik提出的支持向量机(support vector machine,简称SVM)算法用于化合物活性的模式识别研究。SVM算法是特别适合于用有限已知样本训练建模,进而预报未知样本属性的模式识别新算法,将其用于N-(3-氧-3,4-双氢-2氢-苯并[1,4]噁嗪-6-羰基)胍类化合物的Na/H交换抑制活性类别的识别研究,用留一法考察了SVM模型的预报能力,并与Fisher判别矢量法和最近邻(KNN)法的分类预报结果进行比较,结果表明:SVM算法的预报结果优于Fisher法和KNN法的结果。因此,SVM算法可望应用于药物的构效关系研究领域。

新型Na^(+)/H^(+)逆向转运蛋白UPF0118的Na^(+)结合鉴定

UPF0118蛋白是一种新型Na^(+)(Li^(+))/H^(+)逆向转运蛋白,属于AI-2E超家族,目前已被划分至Na^(+)/H^(+)逆向转运蛋白亚家族,但无直接证据表明该蛋白可与Na+产生相互作用。为鉴定UPF0118蛋白是否具有Na^(+)结合功能,利用PCR技术扩增upf0118基因编码序列,通过Eco RⅠ和PstⅠ酶切位点构建至原核表达载体p ETDuet-1,转化至E. coli BL21*(DE3),对诱导后大量表达的蛋白进行Ni^(2+)亲和层析和凝胶过滤层析,利用等温滴定量热技术对纯化蛋白进行滴定。结果表明,在pH 5.5条件下,Na^(+)滴入导致蛋白溶液产生明显放热现象。在pH 5.5条件下该蛋白具有Na^(+)结合功能,证明该蛋白Na+结合功能为其功能单元与分子机制的研究奠定基础。

桑树Na^+/H^+逆向转运蛋白基因(MnNHX1)的克隆与耐盐力表达

【目的】研究川桑液泡膜型Na+/H+逆向转运蛋白(NHX)基因的功能,探究桑树耐盐机制,为植物抗逆基因工程筛选提供优良的候选基因。【方法】以川桑基因组数据库为基础,基于同源基因序列的保守性,以川桑叶片cDNA为模板克隆川桑液泡膜型NHX基因;利用生物学软件和在线公共平台,分析所得基因编码的蛋白质序列及功能结构域,并构建系统进化树,分析与其他物种的亲缘关系。采用荧光定量PCR方法研究在NaCl胁迫条件下不同时间段‘湖桑32号’根、茎、叶等不同组织中桑树NHX1表达量的变化情况;通过构建超量表达载体,将其转化到拟南芥中,分析转基因拟南芥在Na Cl胁迫环境中的种子发芽数,根长、侧根生长情况和幼苗成活率,并对转基因拟南芥连续浇灌含高浓度Na Cl的营养液,研究过量表达NHX基因对拟南芥的影响。【结果】本研究得到1个液泡膜型NHX基因,命名为MnNHX1(Gen Bank登录号:KJ720637);该基因ORF长度为1 644bp,编码547个氨基酸残基,具有Na+/H+交换泵,且在其上游含有抑制剂氨氯吡嗪脒结合位点(LFFIYLLPPI)以及糖基化位点等结构域,TMHMM在线程序预测Mn NHX1具有12个明显的跨膜结构区;系统进化树分析结果显示,Mn NHX1具有较高的保守性,先与源于蔷薇科的桃聚合,与桑树形态学和基因组进化分析分类结果一致。荧光定量PCR试验表明,在无Na Cl胁迫条件下桑树NHX1在‘湖桑32号’根、茎、叶中均有表达;在Na Cl胁迫处理12 h后,根、茎中桑树NHX1的表达量显著增加,而后回落;而在胁迫处理24 h后,叶中桑树NHX1的表达量显著提高,随后回落。过量表达Mn NHX1的转基因拟南芥在Na Cl胁迫环境中,种子发芽率低于野生型,而根长和侧根生长情况以及幼苗成活率都优于野生型;连续浇灌含高浓度Na Cl营养液的转基因拟南芥生长状态更为优良。【结论】MnNHX1为优良的植物耐盐基因,在桑树中为组成型表达,并受Na Cl胁迫诱导,表现出组织特异性。过量表达Mn NHX1的拟南芥耐盐能力显著提高,生存在盐胁迫环境中,依然具有良好的生长和发育能力。

紫花苜蓿Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因在拟南芥中表达提高转基因植株的耐盐性

以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料,利用反转录PCR方法分离了NHX1全长cDNA(命名为MsNHX1)。Southern杂交结果表明,在紫花苜蓿中存在一个小的液泡型Na+/H+逆向转运蛋白基因家族。序列分析表明,该基因所编码的蛋白与拟南芥、水稻和棉花中液泡型Na+/H+逆向转运蛋白具有较高的同源性。在洋葱表皮细胞中瞬时表达MsNHX1-GFP融合基因的结果表明,MsNHX1定位在液泡膜上。Northern杂交发现该基因的表达受高浓度NaCl诱导。MsNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性,说明MsNHX1具有转运Na+的功能。在拟南芥中表达MsNHX1能显著提高植株耐受盐胁迫的能力;而且在受到盐胁迫时,转基因植株比野生型的渗透调节能力更强,生物膜受破坏程度降低,光合能力增强。以上研究结果表明MsNHX1是一个液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白,在植物耐受盐胁迫过程中起重要作用。

Na^+/H^+逆向转运蛋白和植物耐盐性

Na+ H+逆向转运蛋白对植物耐盐起着重要作用 ,它利用质膜H+ ATPase或液泡膜H+ ATPase及PPiase泵H+产生的驱动力把Na+排出细胞或在液泡中区隔化以消除Na+的毒害。主要讨论植物中Na+

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。

中间偃麦草Na^+/H^+逆向转运蛋白的分子克隆及生物信息学分析

根据小麦液泡膜Na+/H+逆转运蛋白基因TaNHX1的全长序列设计引物,通过RT-PCR直接扩增的方法从中间偃麦草(Elytrigia intermedia)中克隆到了TaNHX1的同源基因,命名为TiNHX1(Acession Numeber:EF409418)。TiNHX1最大开放阅读框为1 641 bp,编码含有546个氨基酸残基、分子量为59.8 kDa的蛋白,预测等电点8.0。TiNHX1含有38个碱性氨基酸,36个酸性氨基酸,256个疏水氨基酸及129个极性氨基酸。二级结构预测表明该蛋白含约44%的α-螺旋、21%的β-折叠、4%的β-转角和29%的不规则卷曲。亲疏水性分析显示,TiNHX1含有12个连续的疏水片断,其中10个可能构成穿膜螺旋。序列分析显示,TiNHX1与小麦(Triticum aestivum)、长穗偃麦草(Elytrigia elongate)、水稻(Oryza sativa)、小盐芥(Thellungiella halophila)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等植物的液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白高度同源,序列相似性分别为97%、96%、85%、68%、67%。序列比对结果以及进化树分析均表明TiNHX1应为定位于中间偃麦草液胞膜上的Na+/H+逆向转运蛋白。

植物Na^+/H^+逆向转运蛋白研究进展

盐胁迫主要由Na+ 引起 ,过高的Na+ 浓度引起的离子毒害 ,渗透胁迫和K+ /Na+ 比率的不平衡使植物新陈代谢异常 ,这是对大多数器官造成伤害的原因。植物抵御盐胁迫的主要方式是将细胞内过多的Na+ 从质膜向细胞外排放和将Na+ 在液泡中区隔化 ,这一过程是由Na+ /H+ 逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物中Na+ /H+ 逆向转运蛋白的发现、特征、分子生物学方面的研究 ,以及Na+ /H+

菊芋Na^+/H^+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

根据同源序列设计简并引物,通过RT-PCR及RACE的方法从菊芋中克隆了Na+/H+逆向转运蛋白基因。序列分析表明,该基因全长2148 bp,开放读码框为1647 bp,可编码长549个氨基酸的多肽,与其它植物已克隆的Na+/H+逆向转运蛋白具有很高的同源性。系统发育分析表明该蛋白(HtNHX1)与液泡型Na+/H+逆向转运蛋白的亲缘关系较近,与质膜型Na+/H+逆向转运蛋白亲缘关系较远。NaCl胁迫条件下RT-PCR检测结果表明,HtNHX1随NaCl浓度增加和处理时间延长表达持续增强,但到了第3天表达量开始下降。HtNHX1逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定菊芋耐盐能力的一个重要因素。

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。

Na^+/H^+逆向转运蛋白与植物耐盐性关系研究进展

Na+/H+逆向转运蛋白与植物的耐盐性有密切的关系。在高等植物体内,主要存在两种Na+/H+逆向转运蛋白,分别为位于细胞质膜上的逆向转运蛋白SOS1,以及存在于液泡膜上的AtNHX1。质膜Na+/H+逆向转运蛋白主要负责Na+的外排,液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白主要负责把Na+区隔化入液泡。过量表达质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1或液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白AtNHX1能够明显提高植物的耐盐性。对植物中Na+/H+逆向转运蛋白及其与植物耐盐性之间的关系最新研究进展作一概述。

唐古特白刺质膜Na^+/H^+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

土壤中过多的Na+会导致植物产生盐害,严重影响植物的生长和发育。质膜型Na+/H+逆向转运蛋白SOS1介导植物细胞内过量的Na+外排,在植物抵御盐胁迫过程中起着重要的作用。唐古特白刺隶属于蒺藜科白刺属,是中国特有的盐生植物,主要生长于西北地区的荒漠或盐渍化荒漠,具有极强的抗逆能力。应用简并RT-PCR及RACE技术克隆获得唐古特白刺Na+/H+逆向转运蛋白NtSOS1基因(GenBank登录号KC292267)。序列分析显示,该cDNA全长4 008bp,包含3 492bp的开放阅读框,编码分子量为127.59kDa的蛋白质。疏水性分析预测NtSOS1基因编码蛋白N端具有11个跨膜结构域,C端具有一个面向胞质的长亲水尾部,包含保守环核苷酸结合区域、自我抑制基序及磷酸化位点等多个活性调控结构域。NtSOS1氨基酸序列与葡萄、霸王、拟南芥等植物的SOS1序列同源性较高,分别可达71.77%,68.94%,62.65%。系统发育分析表明NtSOS1基因为质膜型Na+/H+逆向转运蛋白,与液泡型Na+/H+逆向转运蛋白属于不同分支。半定量RT-PCR结果显示冷、热、盐和干旱胁迫都可以诱导NtSOS1基因的表达,同时,NtSOS1基因随着盐处理浓度增加呈现出先上升(0～300 mmol/L)后下降(400mmol/L)的趋势。结合植物的生境特点和NtSOS1表达模式分析,该基因表达水平的升高可能在唐古特白刺适应恶劣生境的过程中发挥积极作用。本研究的开展为利用NtSOS1基因进行作物与牧草改良并深入研究唐古特白刺抗逆分子机制奠定了基础。

小拟南芥Na^+/H^+逆向转运蛋白基因的克隆及生物信息学分析

为了克隆新疆特色植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)的Na+/H+逆向转运蛋白基因,本研究以经200mmol/L NaCl胁迫诱导12h的叶片总cDNA为模板,采用RT-PCR技术克隆到Na+/H+逆向转运蛋白基因,命名为ApNHX1(GenBank登录号:JF357965)。结果表明:ApNHX1全长开放阅读框1617bp,编码538个氨基酸残基。利用相关的生物信息学软件对ApNHX1蛋白氨基酸的等电点、结构域、二级结构组成、跨膜结构、亲水性等进行研究,并且构建植物NHX1基因家族系统进化树,结构表明ApNHX1和拟南芥、鼠尔芥、盐芥和油菜等的NHX1同源基因遗传距离最为接近,属于Ⅰ型液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白。因此,构建植物过量表达载体p35S::ApNHX1,转化到农杆菌GV3101中,这为进一步研究基因功能奠定基础。

三疣梭子蟹Na^＋/H^＋-exchanger基因克隆鉴定及在盐度胁迫下的表达分析

为研究Na^+/H^+-exchanger基因在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)盐度胁迫过程中的功能作用,克隆了三疣梭子蟹Na^+/H^+-exchanger基因并进行表达分析。结果显示,Na^+/H^+-exchanger基因(Gen Bank:KU519329)全长4233 bp,5?和3?非编码区(UTR)长分别为519和753 bp,开放阅读框(ORF)长2961 bp。编码986个氨基酸,预测蛋白质分子量和等电点分别为110.8 k D和7.42,具有信号肽和典型的Na^+/H^+-exchanger蛋白结构域,含12个跨膜α螺旋;三疣梭子蟹Na^+/H^+-exchanger基因与普通滨蟹(Carcinus maenas)同源性最高,达到87.2%,系统进化分析也显示该序列与普通滨蟹聚为一支;表达分析显示,三疣梭子蟹Na^+/H^+-exchanger基因在鳃中表达量最高;在低盐(盐度5、10和20)胁迫过程中,Na^+/H^+-exchanger基因在0—12h上调表达明显,在24—168h间表达量呈下降趋势;在高盐(盐度50)胁迫初期(0—12h),该基因表达量相对稳定,之后(24—168h)显著下调表达。研究表明低盐显著诱导Na^+/H^+-exchanger基因的高表达,推测三疣梭子蟹Na^+/H^+-exchanger基因在低盐环境下发挥重要的渗透调节功能。

荞麦主要拒Na^＋部位及其Na^＋／H^＋逆向转运活性的研究

【目的】确定荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)的主要拒Na+部位、质子泵和Na+/H+逆向转运活性与其拒Na+特性的关系。【方法】以耐盐荞麦品种川荞1号和盐敏感荞麦品种TQ-0808为试验材料,采用"压力室"法压取木质部汁液,测定各部位拒Na+能力;采用蔗糖密度梯度离心法分离细胞质膜和液泡膜,测定质子泵和Na+/H+逆向转运活性。【结果】盐敏感品种的主要拒Na+部位在根部,耐盐品种的主要拒Na+部位在根部和茎基部,耐盐品种整体拒Na+能力明显大于盐敏感品种;相同盐浓度处理下,耐盐品种质子泵和Na+/H+逆向转运活性明显大于盐敏感品种,说明耐盐品种主要拒Na+部位细胞的排Na+能力和Na+区隔化能力明显大于盐敏感品种。【结论】耐盐品种主要拒Na+部位Na+的区隔化在限制Na+向地上部运输中发挥了重要作用,是耐盐荞麦品种主要拒Na+部位拒Na+的主要方式。

假单胞菌Na^+/H^+逆向转运蛋白基因nhaA的克隆与鉴定

根据3种生物的Na+/H+逆向转运蛋白基因(nhaA)的两端序列设计引物,利用PCR从假单胞菌 (Pseudomonassp.cn4902)中克隆得到一结构基因。该基因长1089bp,编码362个氨基酸,与E.coliK12的 nhaA基因的同源性高达97.0%。将该结构基因与pBV220构建成重组载体pBVA。SDS PAGE电泳表明:含 pBVA的转化子产生较高浓度的分子量约为41kD的蛋白,与预期相符。在含NaCl1.0mol/L的培养基中生长达 到平衡期时,转化子的菌浓度约是对照的2.3倍。经原子吸收光谱测定,转化子细胞质中Na+浓度仅为对照菌的 60.4%。SDS PAGE电泳表明该基因的表达蛋白位于细胞膜(壁)上。提纯外源基因表达蛋白并对其N端8个氨 基酸进行测序,与nhaA基因推测的氨基酸序列完全相符。这些实验证实,克隆得到的基因是假单胞菌的nhaA基 因。该基因已经在GenBank登记,收录号为AY643494。

梭梭Na^+/H^+逆向转运蛋白基因克隆及分析

采用RT-PCR、RACE方法从超旱生、耐盐植物梭梭中扩增出Na+/H+逆向转运蛋白基因的开放阅读框架,其核苷酸序列长1 683bp,推测的氨基酸序列全长为560个氨基酸残基。含有多个物种Na+/H+逆向转运蛋白基因的高度保守序列氨氯砒嗪脒的结合位点(LFFIYLIPPI)。序列一致性分析结果显示,该cDNA片段与同科植物NHX基因的一致性为70%～80%,但与不同科植物的一致性较低,仅为60%,表明该基因在进化上存在多样性,但它们都具有氨氯砒嗪脒结合位点,对Na+具有高度专一性,对植物的耐盐性起着重要作用。

新疆无苞芥Na＋/H＋逆向转运蛋白基因OpNHX1的克隆、表达分析与功能验证

从耐盐植物无苞芥中克隆获得了1个Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1,命名为OpNHX1(GenBank登录号:KC200248)。OpNHX1基因cDNA全长2 153 bp,包含一个1 605 bp的开放阅读框,编码534个氨基酸。系统进化树分析表明,OpNHX1编码产物与拟南芥、小盐芥亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在无苞芥根、茎、叶、花和荚果中均有表达,其中茎中表达量最高。半定量RT-PCR分析表明,该基因受高盐、干旱、低温及ABA的诱导上调表达。进一步将该基因在拟南芥中过量表达,显著提高了转基因植株在盐胁迫下的存活率,说明OpNHX1基因参与了植物的耐盐性。酵母功能互补试验结果显示,该基因转化酵母Δnhx1后可以补充NHX1的缺失,表明OpNHX1参与Na+/H+的转运。