鹽脅迫蛋白質

"的鹽脅迫蛋 鹽脅迫蛋白

概述

隨著人 口 的增加, 對糧食的需求量越來 越多, 而耕地面積卻 由於諸多原因在 日益減 少, 因而迫切需要開發占陸地面積約 3 0 % 的 鹽地 。 但至今, 還沒有一個真正的耐鹽作 物品種。 人們對植物耐鹽的分子基礎了解甚 少 , 因而缺少培育耐鹽作物品種的理論指導 。 為此, 人們開始研究植物鹽脅迫蛋 白。 作為基因表達變化的一個側面 , 鹽脅迫蛋 白 指植物在受到鹽脅迫時合成的新的或合成增 強的蛋 白質。 推測某些鹽脅迫蛋 白增加植物 的抗性 。 sj n g h等 在 19 83 年首次 報導 了 菸草鹽適應懸浮培養細胞中 的鹽脅迫蛋 白。 以後 , 人們又開始研究植物 幼苗中的鹽脅迫蛋 白。 至今 已發現菸草，苜蓿，馬鈴薯閒、 豌豆、 玉米、 矮牽牛、 曼 陀羅、 大麥 、 小麥 , 立力、 小麥和 高冰 草的 雜交種 、 番茄 、 甜菜冰葉 日中花幻 等植物中存在鹽脅迫蛋 白。 人 們 進 行了某些鹽脅迫蛋白的亞細胞定位 ,鹽脅迫蛋 白的品種特異性， 某些 酶的鹽 誘導合成和 2 6kD 鹽脅迫蛋 白的分離 純化、 氮基酸順序分析哪, 等研究, 取得了初 步進展。 可望通過深入的研究, 弄清植物耐 鹽基因 (sa l卜to le r a n oe ~ r e la 伙吐 g ene ) 表 達 的調 控機理 , 最終導致工程耐鹽作物品種的 產生 。

鹽適應 菸草懸 浮培 養細胞中 的 滲 壓 素

si n hg 等 通過在培養基 中逐代加氯化 鈉的方法, 獲得適應不同氯化鈉濃度而生長 的菸草懸浮培養細胞, 即鹽適應細胞。 鹽適 應細胞中合成 26kD 鹽脅迫蛋白, 在一個 生長周期內它有兩個迅速合成 期: 早 期 和晚期 。 早期合成的大部分 2 6k D 鹽脅迫蛋 白等電點大於 8 . 2 , 小部分等 電 點 在 5 . 0 和 3 5 之 間; 晚期合 成 的 等 電 點 為 7 . 8 。 早期合成的 等 電 點 大 於 8 . 2 的 2 6 kD 鹽脅迫 蛋 白最 多 時 可 。占總蛋 白 的 10 %- 12%。 B r 哪a n 等E拐, 把這 種 等 電 點 大 於 8 . 2 的26kD 鹽脅迫蛋 白命名為滲壓素 , 它的合成總是伴隨著滲透調節過程 的 開始。分離純化了滲壓素, 並進行 了 N 端胺基酸 順 序 分 析 及 免 疫 亞 細 胞 定 位。 純化的滲壓 素有兩種存在形式 : 溶於水 的滲壓素 I和溶於去污劑的滲壓素 。 滲壓 素 I已達電泳純, 滲壓 素 11 接近 電泳純 (電 泳譜帶略寬) 。 滲壓 素 N 端 2 2 個 胺基酸相同。 滲壓素 I的抗體 和 滲 壓 素 11 有交叉免疫反應。 滲壓 素 I 比 11 更 容 易 水 解。 滲壓素的不同存在形式暗示著它們可能 由不同的基 因編碼, 或者來 自同一 基因轉錄 後 的不同加工產物。 滲壓素主要存在於液泡的內含 體 里 它的合成受 A B A 促進山, 期。 從滲壓素的這 兩個特點看 , 它可能是貯藏蛋 白。 不過, 在煙 草的種子裡沒有 2 6kD 貯藏蛋 白山, 。 貯藏蛋 白通常具有種的特異性, 但滲壓素也存在於 其他植物中, 所以說滲壓素不是典型的 貯 藏蛋 白。 A BA 可以誘導滲壓素的合成, 但只有接 著用氯化鈉處理, 它才能積累以的 。 A B A 促進 細胞對氯化鈉的適應啊幾並且有助於滲透調 節比, 。 在細胞生長過程中 , 內源 A B A 含量 與滲壓素的合成具有相 關 性山, 。 推 測 氯 化 鈉誘導滲壓素合成過程大致如下: 氯化鈉脅 迫 *A B A 含量增加 * 滲壓素開 始 合 成滲壓素積累(在氯化鈉存 在 下) 。 滲 壓 素 參 加滲透調節過程 。 細胞增加了 抗 性。 至 於 這一系列過程中基因表達調控的細節, 以及 滲壓素的確切生理功能尚不清楚。

大麥和小班幼苗 中的鹽脅迫 蛋 白

(1 ) 不 同封盆性 大 麥品種 的鹽協 迫蛋 白 和 盆脅 迫 信 息 R N A R a 二a go Pa lt7 , 幻 用 耐 鹽 的 OM72 和不耐鹽的品種進行了比 較研究。 鹽脅迫誘導大麥幼苗的根和莖 合成 n 種鹽脅迫蛋 白巾 和 21 種鹽脅 迫 m R N A舊 在大麥幼苗中鹽脅迫蛋 白 和鹽脅迫 m R N A 具有品種和 組 織 特 異 性。 11 種鹽脅迫蛋 自的 分 子 量 在 20 ~ 昨kD 之 間m , 而 2 1 種鹽脅迫 m R NA 體外翻譯產物 的分子量在 18 ~ 50k D 之間即。 鹽誘導 表 達 的基 因改變發生在轉錄和 翻譯水平上 。 鹽脅 迫 m R NA 數 目多於鹽脅迫蛋 白, 某些鹽脅迫 誘導的基因表達可能只轉錄而不翻譯。

某些酶合 成 的鹽誘 導

(1 ) 液 泡膜上 N a+ / H + 逆向運輸系統 ’ Bln m w al d 等分離甜 菜 懸 浮 培養細胞的液泡膜小泡 , 在 K + 和 領氨霉 素 存在下測定這些小泡 N a+ / H 十 逆 向運輸動力 學的結果表明, 培養基中鈉離子濃度不影響 表觀 了汾於 值, 但 V m a 二 比對照增加。 這間接證 明鹽誘導 液泡膜上 N a+ /H 十 逆 向運輸系統合 成的增加 。 從氯化鈉處理的大麥幼苗根 中分 離液泡膜小泡 , 測得有 Na+ /H 十 逆向運 輸活 性, 而對照無活性t9J 。 有證據表明液泡在 大 麥耐鹽中起著重要的作用。 大麥根皮層細胞 的液泡中 N a+ / K + 比值最高。幻, 在大麥根 的 老組織中, 液泡化程度高, N 獷/ K + 比值也 高, 液泡積聚 鈉離子, 從而減少其向莖部的運 輸渺幼 。 耐鹽的大麥 OM72 根液 泡 比 不 耐 鹽的 Pr a 七 。 積累更多的鈉離子口幻。 有必 要進 一步研究不 同耐鹽性品種間 N a+ / H 十 逆 向運 輸系統鹽誘導合成的差異, 從而明確它與耐 鹽性的關係。 (a) 冰 葉 日 中花的 PE p 梭化 酶 在鹽脅迫條件 一下 , 冰葉 日中花的 碳 固 定 方 式 由 仇 轉 向 CAM。 在這一轉變過程中, PE P 梭化 酶的活性顯著增加。 這種活性的增加是由 於 鹽誘導 PE P 梭化酶 m R N A 的合 成。幻 和 酶蛋 白量增加。 這為人們研究植物對鹽脅 迫反應 的分子基礎提供了一個 良好的材料。

鹽脅迫蛋白與其他逆境蛋 白的聯 系

據報導 , 聚 乙二醇也誘導菸草懸浮培養 細胞合成滲壓素。 滲壓 素的一 級結構與煙 草因菸草花葉病毒感染而合成的一 種特異蛋 白非常相似 。 番茄在鹽脅迫條件 下合成豌豆 70k D 熱 擊 蛋 白 m R NA仙。 植 物對逆境具有交叉抗性。 植物抵抗各種脅迫 的分子基礎可能有共 同的東西。

展 望

鹽脅迫蛋 白是普遍存在的。 植物 中的耐 鹽基因可能也普遍存在 , 它 的表達活性因植 物種類和環境條件而異, 耐鹽與否將取決於 這些基因的表達效率 。 在這一領域中, 今後 有兩個方面 的研究將會引人注 目。 一是闡明 鹽脅迫蛋 白的生理意義。 可以從三個方面去 著手 : (1) 鹽脅迫蛋 白的亞細胞定位; (2) 鹽 脅迫蛋白的組織特異性; (3) 酶蛋白合成的 鹽誘導。 二是弄清與耐鹽性有關的鹽脅迫蛋 白的調控機制 。 也可 以從三個方面考慮· ( 1) 遺傳背景相似而耐鹽性不同的品種間鹽脅迫 蛋 白的差 異; ( 2) 利用基因重組 , 獲得栽培品 種與高耐鹽野 生種的雜交種, 研究它的鹽脅 迫蛋 白與栽培品種的差 異; (3) 從細胞水平 上篩選耐鹽變異體, 比較變 異 體鹽 脅 迫蛋 白與非變異體的差異 。 獲得 鹽 脅 迫 蛋 白的 oD N A , 用於 研究相應的基因表達的調控。 植物的耐鹽性是多性狀的綜合表現, 由 位於 不同染色體上 的多基因控制 , 同 時操作多個基因帥生物工程尚有 ‘ 界難。 但可 利用高耐鹽的野生種質, 通過染色體置換 、 附 加染色體方法, 提高栽培作物的耐鹽性 。 生物技術正飛速發展, 相信基 因工程套用於 培育 耐鹽作物品種的前景是光明的。