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《植物栓塞修复体制与质膜在水通道蛋白基因之克隆、表示和转基因分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、植物栓塞修复体制与质膜在水通道蛋白基因之克隆、表示和转基因分析第一章绪论1.1文献综述在植物生理生态研究中，水分是影响植物生长发育的五大关键因子之一。在植物的整个生长发育中需要消耗大量的水分。一直以来，人们认为水分跨膜运输有两条途径：一是通过磷脂双分子层间隙的简单扩散作用，二是穿过膜上的胞间连丝。然而，二者的水分运输速率都很小。同时人们很早就注意到植物许多生命活动都需要水分的快速跨膜运输，而以上两种途径很难达到植物对水分的需求，于是人们推测细胞膜上可能存在选择性运输水的通道。在1896年Overto
2、n首次提出生物膜上存在水孔的假说。Agre和Preston等（1988）在分离纯化红细胞膜上的多肽时，发现了28KD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28（Channel-formingintegralmembraneprotein,CHIP28），但当时并不知道该蛋白的功能。直到1992年，利用爪蟾卵母细胞作为实验体系首次证实了该内在蛋白（改称为AQP1）具有水转运功能。随着动物AQP的发现，植物AQP的研究工作也逐渐展开。植物中第一个水通道蛋白γ-TIP是由Maurel等在1
3、993年从拟南芥（Arabidopsisthaliana）中分离出来的，由于植物体水通道蛋白在调节水分流动方面具有潜在的重要作用，因此自植物水通道蛋白被发现以来，一直是人们的研究热点。1.1.1.2水通道蛋白的性质水通道蛋白（Aquaporin,AQP）是一类具有高度保守性的膜内在蛋白的统称（Engeletal.,1994;Calamitaetal.,1998;Connollyetal.,1998），属于膜内嵌蛋白（Majorintrinsicprotein,MIP）家族。水通道蛋白单体分子量为26
4、～35KD，由5个短环和6个跨膜α-螺旋及伸入细胞质的N-末端和C-末端组成，蛋白的每半部分均含有一个高度保守的NPA核心序列（Asp-pro-alabox）结构域及信号序列SGXHXNPA（ParkandSaier,1996），B环和E环各自形成半个跨膜螺旋，参与水通道蛋白活性的调节（Jungetal.,1994）（图1-1(a)）。水通道蛋白基因具有两个重复单元，可能由串连的重复基因进化而来。整个基因可分为N-末端部分和C-末端部分两部分，具有不同的功能，N-末端部分同源性较高，可能
5、具有一般或共同的功能，C-末端部分得到了分化，决定了水通道蛋白的特异性（Reizeretal.,1993）。水通道蛋白在活体膜中大多数是以稳定的四聚体形式存在，形似沙漏，直径约为7nm，每个单体形成一个水孔（1.5-2nm），共4个水孔，中间具有明显的凹穴（Jungetal.,1994）（图1-1(b)）。四聚体内部形成狭窄的选择性水通道，允许水分自由通过，有些也允许非电解质的小分子通过。水通道蛋白是由多基因编导的，动物基因组中至少存在10种水通道蛋白基因，而植物中存在的水通道蛋白种类更多，如：水稻
6、（Oryzasativa）、拟南芥、玉米（Zeamays）和番茄（Solanumlycopersicum）分别有33、35、36和37个水通道蛋白基因（Chaumontetal.,2001;Johansonetal.,2005;Sadeetal.,2008），可能与植物无法移动相关，体现了植物对不同水分环境的适应（Maureleta1.,2008）。1.1.1.3植物水通道蛋白的分类根据水通道蛋白（AQP）的亚细胞定位，结合氨基酸序列的同源性及结构特征可将植物AQP分为五类：质膜内在蛋白（Plasm
7、amembraneintrinsicprotein，PIP）、液泡膜内在蛋白（Tonoplastintrinsicprotein，TIP）、类Nod26膜内在蛋白（Nodulin26-likeprotein，NIP）、小碱性膜内在蛋白（Smalland.e-lunpsonetal.,1994）。在植物体中，水通道蛋白主要是PIP和TIP。其中，PIP又可分为PIP1、PIP2和PIP3三类，PIP1和PIP2的区别在于PIP1比PIP2具有较长的N-末端和较短的C-末端，并且序列的保守氨基酸各不相同
8、（Higuehietal.,1998）；TIP可分为α、β、γ、δTIP四类；从进化上看，SIP与PIP和TIP的关系较远，仅有16%-28%的氨基酸同源性，但仍具有NPA结构域。体外爪蟾卵母细胞检测表明，PIP1s没有转运水分的能力或很低，PIP2s转运水分的能力远高于PIP1（sYamadaetal.,1995;Bielaetal.,1999;Fetteretal.,2004;Secchietal.,2009）；而TI
