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1、四川师范学院学报(自然科学版)JournalofSichuanTeachersCollege(NaturalScience)第21卷第2期2000年6月Jun12000Vol.21No.2文章编号:100128220(2000)0220141205植物抗菌肽研究进展王琼,何清君(四川师范学院生物多样性研究中心,四川南充637002)摘要:植物抗菌肽是一类对细菌、真菌等微生物有抑制或杀灭作用的小分子多肽,它能被细菌、真菌或物理的、化学的刺激所诱导,有些抗菌肽甚至在植物体内能组成性的表达.从化学结构来看,植物抗菌肽主要包括硫堇、植物防卫素、脂转移蛋白和橡胶素类等,它们抗菌能力强,
2、有较好的耐热性,抗菌机理独特,在农业、医药及食品等领域有着广泛的应用前景.作者总结了国内外植物抗菌肽研究进展,对其应用研究和基因工程等方面作了阐述,并对进一步研究提出了一些展望.关键词:植物抗菌肽;硫堇;植物防卫素;脂转移蛋白;橡胶素中图分类号:Q946.1文献标识码:A植物对微生物的防御一直是植物病理学研究的热点,病菌危害是世界范围内农作物减产的重要原因1～3.植物的生长时时都可能遭受微生物的侵袭,目前研究表明,它虽然没有象哺乳动物那样特异的免疫系统,但非特异的天然免疫体系却十分惊人:不同类型的具抗菌作用的物质如过氧化氢酶、裂解酶、次生代谢物质以及抗菌蛋白(如病原相关蛋白,
3、PR蛋白)和抗菌肽(本文将100个氨基酸以下的列为抗菌肽,100个氨基酸以上的列为抗菌蛋白)1等在植物中广泛存在.其中,对植物抗菌肽的研究近年来十分活跃,在许多研究领域都显示出越来越重要的理论和运用价值:(1)植物抗菌肽的研究将更深入地推动人们对植物与病原微生物相互作用的分子生物学基础的认识,(2)植物抗菌肽基因可直接为作物抗病的分子育种提供目的基因,(3)可更加详细地研究抗菌肽抑制或杀灭微生物的分子机制,为抗菌肽的人工设计获得更为广泛的数据,(4)植物抗菌肽也可作为人类筛选抗菌药物的新资源.尤其是近十年来,随着动物及微生物抗菌肽理论与应用研究的逐渐深入,先后有Maganin
4、7,Nisin8和Cecropins10等抗菌肽在医药、工业、食品和农业中应用,抗菌肽独特的性质展示出广阔的应用前景.植物抗菌肽在分离纯化、抗菌特性、细胞毒性、理化性质以及转基因等许多方面的研究进展也很快,发现了一大批理化性质和抗菌特性各异的植物抗菌肽,一些特异的植物抗菌肽基因已在烟草中成功表达.本文综述了植物抗菌肽的研究成果,详细介绍植物抗菌肽的分类、三维结构、抗菌机理以及抗菌肽基因工程等方面的研究进展与前景.1植物抗菌肽的种类1995年,美国学者A.G.Rao在总结各种来源抗菌肽多种特性的基础上,提出可将抗菌肽分为linearpep2tides(线形多肽),disulfi
5、de-linkedpeptides(二硫键铰链多肽),lantibiotics(细菌素)和designedsyntheticpeptides(合成多肽)等四类2.根据这一分类方法,迄今为止在植物中发现的抗菌肽几乎都属于disulfied-linkedpeptides类,即这些抗菌肽都有一个共同特征:富含半胱氨酸(Cys),而且所有的半胱氨酸都形成分子内二硫键.根据二硫键的多少、氨基酸的保守性以及高级结构的不同,植物抗菌肽又可分为以下几类:收稿日期:2000203215作者简介:王琼(1976-),女,四川夹江人,四川师范学院生物系在读硕士生,主要从事生物多样性研究.1.1硫堇
6、(Thionins)硫堇是一类首先在禾本科植物种子中发现的分子量为5KD左右的碱性蛋白,氨基酸残基数约为45～47,根据含有Cys的多少可分为两类,一类含8个Cys,而另一类只含6个,如在radish贮藏器官及Abyssiniancabbage种子中得到的硫堇都含6个Cys,而禾本科植物的种子、叶的硫堇蛋白都含有8个Cys.在所有的硫堇蛋白中具保守的氨基酸残基序列是3,4,16,27,33和41位的Cys,10位的Arg以及13位的芳香族氨基酸残基.三维结构研究表明无论是含8个Cys的或6个Cys的硫堇都具有相似的“L”型结构,其长臂由两条反平行的α-螺旋构成,短臂由两条反平
7、行的β-链构成的β-折叠形成.从小麦种子得到的两种含8个Cys的硫堇α1-purothionin和β-purothionin都包含一个磷脂结合的位点,这可能是它们对动物及植物细胞产生毒性的原因所在1.硫堇广泛分布于单子叶植物和双子叶植物,在植物体的根、种子及叶也得到了多种硫堇蛋白1.50多年前,人们知道硫堇在体外能抑制细菌及真菌的生长.近年来研究表明,硫堇能抑制许多病原细菌(包括革兰氏阳性和阴性菌)和真菌的生长,其抗菌机制可能是造成物质的泄漏20,5mMCa2+离子就能抑制硫堇的抗菌活性,而对其它离子如
