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《植物栓塞修復體制與質(zhì)膜在水通道蛋白基因之克隆、表示和轉(zhuǎn)基因分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、植物栓塞修復體制與質(zhì)膜在水通道蛋白基因之克隆、表示和轉(zhuǎn)基因分析第一章緒論1.1文獻綜述在植物生理生態(tài)研究中，水分是影響植物生長發(fā)育的五大關(guān)鍵因子之一。在植物的整個生長發(fā)育中需要消耗大量的水分。一直以來，人們認為水分跨膜運輸有兩條途徑：一是通過磷脂雙分子層間隙的簡單擴散作用，二是穿過膜上的胞間連絲。然而，二者的水分運輸速率都很小。同時人們很早就注意到植物許多生命活動都需要水分的快速跨膜運輸，而以上兩種途徑很難達到植物對水分的需求，于是人們推測細胞膜上可能存在選擇性運輸水的通道。在1896年Overto
2、n首次提出生物膜上存在水孔的假說。Agre和Preston等（1988）在分離純化紅細胞膜上的多肽時，發(fā)現(xiàn)了28KD的疏水性跨膜蛋白，稱為形成通道的整合膜蛋白28（Channel-formingintegralmembraneprotein,CHIP28），但當時并不知道該蛋白的功能。直到1992年，利用爪蟾卵母細胞作為實驗體系首次證實了該內(nèi)在蛋白（改稱為AQP1）具有水轉(zhuǎn)運功能。隨著動物AQP的發(fā)現(xiàn)，植物AQP的研究工作也逐漸展開。植物中第一個水通道蛋白γ-TIP是由Maurel等在1
3、993年從擬南芥（Arabidopsisthaliana）中分離出來的，由于植物體水通道蛋白在調(diào)節(jié)水分流動方面具有潛在的重要作用，因此自植物水通道蛋白被發(fā)現(xiàn)以來，一直是人們的研究熱點。1.1.1.2水通道蛋白的性質(zhì)水通道蛋白（Aquaporin,AQP）是一類具有高度保守性的膜內(nèi)在蛋白的統(tǒng)稱（Engeletal.,1994;Calamitaetal.,1998;Connollyetal.,1998），屬于膜內(nèi)嵌蛋白（Majorintrinsicprotein,MIP）家族。水通道蛋白單體分子量為26
4、～35KD，由5個短環(huán)和6個跨膜α-螺旋及伸入細胞質(zhì)的N-末端和C-末端組成，蛋白的每半部分均含有一個高度保守的NPA核心序列（Asp-pro-alabox）結(jié)構(gòu)域及信號序列SGXHXNPA（ParkandSaier,1996），B環(huán)和E環(huán)各自形成半個跨膜螺旋，參與水通道蛋白活性的調(diào)節(jié)（Jungetal.,1994）（圖1-1(a)）。水通道蛋白基因具有兩個重復單元，可能由串連的重復基因進化而來。整個基因可分為N-末端部分和C-末端部分兩部分，具有不同的功能，N-末端部分同源性較高，可能
5、具有一般或共同的功能，C-末端部分得到了分化，決定了水通道蛋白的特異性（Reizeretal.,1993）。水通道蛋白在活體膜中大多數(shù)是以穩(wěn)定的四聚體形式存在，形似沙漏，直徑約為7nm，每個單體形成一個水孔（1.5-2nm），共4個水孔，中間具有明顯的凹穴（Jungetal.,1994）（圖1-1(b)）。四聚體內(nèi)部形成狹窄的選擇性水通道，允許水分自由通過，有些也允許非電解質(zhì)的小分子通過。水通道蛋白是由多基因編導的，動物基因組中至少存在10種水通道蛋白基因，而植物中存在的水通道蛋白種類更多，如：水稻
6、（Oryzasativa）、擬南芥、玉米（Zeamays）和番茄（Solanumlycopersicum）分別有33、35、36和37個水通道蛋白基因（Chaumontetal.,2001;Johansonetal.,2005;Sadeetal.,2008），可能與植物無法移動相關(guān)，體現(xiàn)了植物對不同水分環(huán)境的適應(yīng)（Maureleta1.,2008）。1.1.1.3植物水通道蛋白的分類根據(jù)水通道蛋白（AQP）的亞細胞定位，結(jié)合氨基酸序列的同源性及結(jié)構(gòu)特征可將植物AQP分為五類：質(zhì)膜內(nèi)在蛋白（Plasm
7、amembraneintrinsicprotein，PIP）、液泡膜內(nèi)在蛋白（Tonoplastintrinsicprotein，TIP）、類Nod26膜內(nèi)在蛋白（Nodulin26-likeprotein，NIP）、小堿性膜內(nèi)在蛋白（Smalland.e-lunpsonetal.,1994）。在植物體中，水通道蛋白主要是PIP和TIP。其中，PIP又可分為PIP1、PIP2和PIP3三類，PIP1和PIP2的區(qū)別在于PIP1比PIP2具有較長的N-末端和較短的C-末端，并且序列的保守氨基酸各不相同
8、（Higuehietal.,1998）；TIP可分為α、β、γ、δTIP四類；從進化上看，SIP與PIP和TIP的關(guān)系較遠，僅有16%-28%的氨基酸同源性，但仍具有NPA結(jié)構(gòu)域。體外爪蟾卵母細胞檢測表明，PIP1s沒有轉(zhuǎn)運水分的能力或很低，PIP2s轉(zhuǎn)運水分的能力遠高于PIP1（sYamadaetal.,1995;Bielaetal.,1999;Fetteretal.,2004;Secchietal.,2009）；而TI
