Alterações eritrocitárias induzidas pelo exercício físico

Evidências crescentes têm demonstrado que o exercício prejudica a estrutura da membrana eritrocitária, como consequência do aumento do estresse físico e químico. O óxido nítrico (NO) derivado dos eritrócitos afeta a fluidez da membrana e a sua biodisponibilidade depende do equilíbrio entre a sua síntese e eliminação por espécies reativas de oxigênio. Nós investigamos se o exercício realizado em diferentes intensidades afetaria biodisponibilidade do NO eritrocitário e se levaria a um quadro de estresse oxidativo. Dez homens (26 4 anos, VO2pico 44,1 4,3 mL.kg-1.min-1) realizaram um teste cardiopulmonar máximo em esteira e um teste de exercício submáximo a 70% VO2pico durante 30 min. O sangue foi coletado em repouso e imediatamente após os exercícios para isolamento dos eritrócitos. O exercício máximo aumentou a contagem de eritrócitos, hemoglobina e hematócrito, sem levar a qualquer alteração na massa corporal que pudesse sugerir hemoconcentração devido a uma redução do volume plasmático. Observou-se uma diminuição do influxo de L-arginina depois do teste submáximo, mas não no teste máximo. No entanto, a atividade da óxido nítrico sintase, ou seja, a produção de NO, foi aumentada após o teste máximo. Os níveis de GMPc não se alteraram após ambos os teste de exercício. Em relação aos biomarcadores de estresse oxidativo, o exercício submáximo reduziu a oxidação proteica e aumentou a atividade da catalase e a expressão da glutationa peroxidase, enquanto que o exercício máximo levou a uma maior peroxidação lipídica e diminuição da atividade da SOD. Nem a atividade glutationa peroxidase ou a expressão NADPH oxidase foram afetadas pelo exercício. Estes resultados sugerem que o exercício induziu alterações no estresse oxidativo de eritrócitos, que parecem estar mais associadas com a intensidade do que a duração do execicio. Além disso, nas intensidades recomendadas para a promoção da saúde, o exercício mostrou ser protetor, aumentando a atividade e a expressão de enzimas antioxidantes importantes e reduzindo os danos oxidativos.

Alterações na biodisponibilidade de óxido nítrico e no estresse oxidativo em plaquetas de mulheres na pós-menopausa

O risco de desenvolver doença cardiovascular aumenta com o avançar da idade, sendo exponencialmente maior em mulheres após a menopausa em relação a mulheres em idade reprodutiva. Esse aumento pode ser, em parte, explicado por uma hiperatividade plaquetária e disfunção endotelial nessas mulheres. Em plaquetas, o óxido nítrico é uma molécula essencial para a inibição da sua ativação e agregação; cuja biodisponibilidade depende de sua síntese e inativação por espécies reativas de oxigênio. Assim, o presente estudo visa determinar os efeitos da menopausa sobre a função plaquetária, biodisponibilidade de óxido nítrico e estresse oxidativo. Para tal, a amostra foi constituída por mulheres sendo elas 15 jovens entre 20 e 40 anos (grupo controle), 12 mulheres entre 45 e 60 anos pós-menopausadas há no mínimo 12 meses que não faziam uso de reposição hormonal e que não possuíam fatores de risco para doença cardiovascular. Os resultados demonstraram que mulheres pós-menopausadas apresentam uma hiperagregação plaquetária induzida por colágeno em relação a mulheres jovens. Essas mulheres também apresentaram o influxo de L-arginina aumentado em relação ao grupo controle. No entanto, a atividade da enzima óxido nítrico sintase estava diminuída nas mulheres após a menopausa, assim como os níveis plasmáticos de L-arginina. A expressão das enzimas iNOS e eNOS não diferiu significativamente entre os grupos. A expressão das subunidades 1 e 1 da enzima guanilato ciclase, e a fosfodiesterase 5 não se apresentaram diferentes entre os grupos. A expressão das enzimas glutationa peroxidase, subunidades gp91phox e p47phox da NADPH oxidase não estavam alteradas em plaquetas de mulheres pós-menopausadas, já a catalase estava mais expressa neste grupo. Em relação à atividade das enzimas antioxidantes, foi observado um aumento na superóxido dismutase em mulheres pós-menopausadas. Esse grupo apresentou ainda níveis mais elevados de grupamentos sulfidrila. Já em relação a danos proteicos não foi possível observar diferença entre os grupos. Dessa forma, esses resultados podem contribuir para uma melhor compreensão da hiperagregação plaquetária observada nas mulheres após a menopausa, o que, por sua vez, pode contribuir para a elucidação de mecanismos envolvidos na morbidade e mortalidade cardiovascular elevada nessa população.

O papel do óleo de peixe na via L-arginina-óxido nítrico e no estresse oxidativo em eritrócitos: um estudo dose-resposta

Os ácidos graxos poli-insaturados n-3 derivados do óleo de peixe estão associados a benefícios cardiovasculares, que podem ser decorrentes da ativação da óxido nítrico sintase (NOS). Assim como as células endoteliais, os eritrócitos possuem NOS endotelial (eNOS) e induzível (iNOS) e, portanto, são capazes de sintetizar óxido nítrico (NO). O presente estudo testou a capacidade que diferentes concentrações de óleo de peixe tem de ativar a via L-arginina-NO e, em seguida, alterar os níveis de guanosina monofosfato cíclica (GMPc) em eritrócitos de camundongos alimentados com dieta hiperlipídica. Além disso, foram analisados os marcadores de estresse oxidativo nos eritrócitos, objetivando investigar a biodisponibilidade do NO. O transporte de L-arginina, avaliado através da incubação com L-[3H]-arginina, mostrou-se ativado quando da administração de dietas contendo elevadas concentrações de óleo de peixe, em comparação com as dietas contendo baixas concentrações e controle. A atividade da NOS, medida pela conversão de L-[3H]-arginina em L-[3H]-citrulina, e a expressão da eNOS também aumentaram nos animais que se alimentaram com dietas ricas em óleo de peixe. Apesar da ativação da via L-arginina-óxido nítrico observada em nossos experimentos, os níveis de GMPc intraeritrocitário não foram afetados. O dano oxidativo nos eritrócitos aumentou linearmente conforme o óleo de peixe era acrescido na dieta, sem afetar a atividade das enzimas antioxidantes. Além do endotélio, os eritrócitos contribuem para o metabolismo do NO. Desta forma, a ativação da via L-arginina-NO nessas células pode ser benéfica para saúde cardiovascular. Estudos futuros poderão investigar outros marcadores de estresse oxidativo durante o consumo de óleo de peixe para assegurar que o seu uso não resulta em efeitos prejudiciais secundários e para garantir a biodisponibilidade de NO.

Doenças cardiovasculares em pacientes bipolares: uma investigação da biodisponibilidade do óxido nítrico

Os transtornos psiquiátricos são um problema de saúde pública, ocupando cinco das dez principais causas de incapacitação no mundo. O transtorno bipolar (TB) é um transtorno de humor, segundo o DSM-IV (manual diagnóstico e estatístico de doenças mentais), o qual afeta cerca de 1% da população mundial. O TB do tipo I (TBI) é o mais frequente entre os TBs e é caracterizado pela presença de episódios maníacos ou mistos acompanhados por episódios depressivos. Assim como outros transtornos psiquiátricos, como a depressão, ansiedade e esquizofrenia, o TB representa um importante fator de risco cardiovascular, e pacientes com este transtorno apresentam mortalidade cardiovascular duas vezes maior que a população em geral. No entanto, os exatos mecanismos envolvidos nesta relação permanecem desconhecidos. Estudos sugerem o envolvimento da via L-arginina-óxido nitrico (NO) na patofisiologia do TB. O NO é responsável por diversas funções fisiológicas, incluindo a inibição da função plaquetária. A L-arginina, sua precursora, é transportada em plaquetas pelo carreador y+L, ativando a enzima NO sintase (NOS), a qual produz NO e e L-citrulina. Uma vez produzido, o NO ativa a enzima guanilato ciclase (GC), levando ao aumento dos níveis de guanosina monofosfato cíclica (GMPc). Adicionalmente, a L-arginina não é exclusivamente utilizada pela NOS, ela também pode ser metabolizada pela arginase e produzir L-ornitina e uréia. A biodisponibilidade do NO depende tanto de sua síntese como de sua degradação pelo estresse oxidativo ou pela inflamação. O objetivo deste estudo foi investigar detalhadamente a via L-arginina-NO-GMPc em plaquetas de pacientes com TBI, a expressão da arginase e outros marcadores de estresse oxidativo e inflamação. Vinte e oito pacientes com TB e dez indivíduos saudáveis foram incluídos no estudo. Nossos estudos mostraram uma redução da atividade da NOS em todos os grupos de pacientes bipolares (fases de eutimia, depressão e mania), quando comparados aos controles. Isto ocorreu na presença de concentrações normais do substrato e de seu transporte, e da expressão inalterada das isoformas eNOS e iNOS. A expressão da arginase II não diferiu entre os grupos estudados, indicando que a disponibilidade da L-arginina não está sendo desviada para o ciclo de uréia em plaquetas. A produção reduzida de GMPc foi observada mesmo com a expressão inalterada da GC. A atividade e marcadores de estresse oxidativo, avaliada através da quantificação da oxidação de proteínas e atividade da catalase, não foram modificadas em plaquetas de pacientes com TB, enquanto que a atividade da SOD estava aumentada em todas as fases. Os níveis séricos da proteína C-reativa (PCR), um marcador inflamatório, estão aumentados em pacientes maníacos, comparados aos controles. A reduzida produção de NO observada em plaquetas de pacientes bipolares pode ser um elo entre esta complexa associação entre TB e a doença cardiovascular.

Avaliação morfofuncional do complexo hipocampal em ratos submetidos a um modelo de hipóxia-isquemia pré-natal

A diminuição do aporte de oxigênio e nutrientes na vida perinatal resulta em danos, como astrogliose, morte de neurônios e de células proliferativas. Déficits cognitivos podem estar relacionados a danos no hipocampo. Neste trabalho avaliamos a citoarquitetura do giro dentado (DG) durante o desenvolvimento e a memória de ratos submetidos à HI. Para tal, utilizamos a técnica de imunohistoquímica para marcador de proliferação celular (KI67), neurônio jovem (DCX), de astrócitos (GFAP) e de óxido nítrico sintase neuronal (NOSn). Para avaliar a memória de curta e de longa duração foi utilizado o teste de reconhecimento de objetos (RO). Ratas Wistar grávidas em E18 foram anestesiadas (tribromoetanol) e as quatro artérias uterinas foram ocluídas com grampos de aneurisma (Grupo HI). Após 45 minutos, os grampos foram removidos e foi feita a sutura por planos anatômicos. Os animais do grupo controle (SHAM) sofreram o mesmo procedimento, excetuando a oclusão das artérias. Os animais nasceram a termo. Animais com idades de 7 a 90 dias pós-natal (P7 a P90), foram anestesiados e perfundido-fixados com paraformaldeído a 4%, e os encéfalos submetidos ao processamento histológico. Cortes coronais do hipocampo (20m) foram submetidos à imunohistoquímica para KI67, DCX, GFAP e NOSn. Animais P90 foram submetidos ao RO. Os procedimentos foram aprovados pelo comitê de ética (CEA/019/2010). Observamos menor imunomarcação para KI67 no giro dentado de animais HI em P7. Para a marcação de DCX nesta idade não foi observada diferença entre os grupos. Animais HI em P15, P20 e P45 tiveram menor imunomarcação para DCX e Ki67 na camada granular. Animais P90 de ambos os grupos não apresentaram marcação para KI67 e DCX. Vimos aumento da imunomarcação para GFAP nos animais HI em todas as idades. A imunomarcação para NOSn nos animais HI foi menor em todas as idades. O maior número de células NOSn positivas foi visto em animais P7 em ambos os grupos na camada polimórfica. Em P15, animais HI apresentam células NOSn+ em todo o DG. Em P30 animais HI apresentam células NOSn+ nas camadas polimórfica e sub-granular. Animais adultos (P90) de ambos os grupos apresentam células NOSn positivas apenas nas camadas granular e sub-granular. Embora animais HI P90 não apresentaram déficits de memória, estes apresentaram menor tempo de exploração do objeto. Comportamento correspondente a déficits de atenção em humanos. Nossos resultados sugerem que HI perinatal diminui a população de células proliferativas, de neurônios jovens, de neurônios NOSn+, além de causar astrogliose e possivelmente déficits de atenção. O modelo demonstrou ser útil para a compreensão dos mecanismos celulares das lesões hipóxico-isquêmicas e pode ser usado para testar estratégias terapêuticas.

Estudo do metabolismo energético hepático e da via de sinalização da grelina na obesidade induzida por dieta ocidental

A obesidade é um dos maiores problemas de saúde pública que cresce em todo o mundo, resultante de um desequilíbrio entre ingestão alimentar e gasto energético. Pode-se dizer que a obesidade é o principal fator de risco para o desenvolvimento de doenças crônicas de maior prevalência como dislipidemias, doenças cardiovasculares, diabetes do tipo 2 e esteatose hepática não alcóolica, acarretando na redução da qualidade e expectativa de vida. A Grelina é um hormônio sintetizado pelo estômago, que atua em diferentes tecidos através de um receptor específico (GHS-R1a), incluindo hipotálamo e tecidos periféricos, como o fígado. Esse hormônio está envolvido no comportamento alimentar e adiposidade, modulando o armazenamento ou utilização dos substratos energéticos no coração, músculo esquelético, adipócitos e fígado, além disso, revela-se de grande importância na manutenção do metabolismo energético hepático. Estes dados suportam a hipótese de que as vias de sinalização responsivas à grelina são um importante componente da regulação do metabolismo energético hepático e da homeostase glicêmica. O objetivo deste trabalho, foi estudar o metabolismo energético hepático e a sinalização da grelina em camundongos Swiss adultos obesos submetidos a dieta ocidental rica em gordura saturada e carboidratos simples. Avaliamos o efeito desta dieta a partir do 21 dia de idade (desmame) até o 133 dia destes animais, através de parâmetros biométricos e bioquímicos, avaliação histomorfológica, respirometria de alta resolução, conteúdo de glicogênio hepático e conteúdo de algumas proteínas envolvidas na sinalização de insulina e grelina, além do metabolismo energético hepático. Baseado em nossos resultados observamos que o consumo de dieta ocidental rica em gordura saturada e carboidrato simples durante 16 semanas causa hiperfagia, levando ao quadro de obesidade na idade adulta e prejuízo nas vias de sinalização dos hormônios insulina e grelina, que são importantes moduladores do metabolismo energético hepático, favorecendo o desenvolvimento de esteatose hepática não alcoólica.

Função mitocondrial cardíaca de camundongos filhotes e adultos submetidos à hiperalimentação durante a lactação

Estudos demostram que a hiperalimentação no período pós-natal causa obesidade, alterações cardiometabólicas e resistência à insulina em longo prazo. O objetivo do estudo foi investigar as consequências da hiperalimentação na lactação nos corações de camundongos filhotes e adultos ao longo do desenvolvimento. Para induzir a hiperalimentação na lactação, o tamanho da ninhada foi reduzida a 3 filhotes machos no terceiro dia, grupo hiperalimentado (GH). O grupo controle (GC) permaneceu com 9 filhotes da lactação ao desmame. Avaliamos a massa corporal, gordura epididimária e retroperitoneal, morfologia hepática e cardíaca, ultraestrutura dos cardiomiócitos, peso do PVE/CT, glicemia de jejum, triglicerídeos, colesterol total, insulina plasmática e HOMA-IR. Analisamos o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução, atividade enzimática da PDH, CS e LDH no coração e glicogênio hepático. Biologia molecular, através das proteínas: IRβ, IRS1, pIRS1, PTP1B, PI3K, Akt, pAkt, GLUT1, GLUT4, AMPKα, pAMPKα, HKII, CPT1, UCP2, FABPm, CD36, PGC-1α, PPARα, 4HNE, complexos da CTE (I, II, III, IV e V), α-tubulina, GP91 e VADC. Diferenças entre os grupos analisadas por Two-Way ANOVA, com significância p<0,05. O GH apresentou aumento da massa corporal, gordura epididimária, retroperitoneal e colesterol total em todas as idades; glicemia de jejum, insulina, índice de HOMA-IR e triglicerídeos aos 21 e 90 dias. Aumento do índice de Lee aos 60 e 90 dias. GH apresentou diminuição: do IRβ e GLUT4 aos 21 e 60 dias; aumento do IRβ aos 90 dias; aumento do IRS1, PTP1B, aos 21 e 90 dias e da AKT, pAMPK/AMPK e GLUT1 aos 21 dias; diminuição da pIRS1/IRS1, PI3K, pAKT/AKT aos 21 e 90 dias; diminuição da HKII aos 21 dias e aumento aos 60 e 90 dias; aumento da PDH aos 90 dias; aumento da LDH aos 21 dias e redução aos 60 dias; aumento da CS aos 21 dias e diminuição aos 60 e 90 dias; aumento da oxidação de carboidratos aos 21 dias e redução aos 90 dias; diminuição na oxidação de ácidos graxos aos 60 e 90 dias. Adicionalmente, aumento do desacoplamento mitocondrial entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP aos 60 e 90 dias. Diminuição da CPT1 e aumento da UCP2 aos 21 e 90 dias. Diminuição da PGC-1α aos 60 e 90 dias; da FABPm e CD36 em todas idades. Aumento da 4HNE aos 21 e diminuição aos 90 dias. Diminuição na expressão do mRNA para CPT1 aos 21, 60 dias. Diminuição na expressão do mRNA para PPARα e aumento na expressão do mRNA para UCP2 aos 21 dias; diminuição na expressão do mRNA para UCP2 ao 60 dias. Alterações morfológicas cardíacas e hepáticas, assim como na ultraestrutura dos cardiomiócitos, em todas as idades, maior conteúdo de glicogênio hepático aos 21 e 90 dias. Concluímos que a hiperalimentação na lactação levou à obesidade, com aumento da oxidação de glicose, alterações no metabolismo energético associadas à diminuição da sensibilidade à insulina, redução da capacidade oxidativa mitocondrial, levando ao desacoplamento e alteração da morfologia e ultraestrutura dos cardiomiócitos do desmame até a idade adulta.

Participação dos fatores derivados do endotélio no efeito vasodilatador da clonidina

Os mecanismos envolvidos na ação vasodilatadora da clonidina ainda não foram completamente elucidados. Investigamos os mecanismos potencialmente envolvidos utilizando o leito arterial mesentérico (LAM) isolado de rato. No LAM pré-contraído, clonidina (10-300 pmol) induz relaxamento dose-dependente, que foi significativamente inibido pela remoção do endotélio (ácido deoxicólico) e pelos inibidores do receptor α2-adrenérgico, ioimbina (1-3 μM) e rauwolscina (1 μM). A vasodilatação endotélio-dependente induzida pela clonidina foi reduzida pelo inibidor da oxido nítrico sintase (NOS), L-NAME (0.3 mM) e pelo inibidor da guanilato ciclase, ODQ (10 μM), mas não foi alterada pela indometacina (3-10 μM). Na presença do L-NAME, o efeito vasodilatador da clonidina foi adicionalmente reduzido pela solução de potássio elevado (45 mM). Os inibidores dos canais de K⁺ dependentes de cálcio (K_ca), caribdotoxina (ChTx; 0.1 μM) e apamina (0.1 μM) também reduziram a vasodilatação induzida pela clonidina, contudo, esta resposta não foi adicionalmente inibida na presença de L-NAME, como foi observado para acetilcolina (10 pmol). Na presença do bloqueador dos canais de K⁺ dependentes de ATP, glibenclamida (10 μM), o efeito inibitório da associação ChTx, apamina e L-NAME foi aumentado. Em contraste, a vasodilatação induzida pela clonidina não foi afetada pelo inibidor dos canais de potássio dependentes de voltagem (K_v), 4-aminopiridina (4-AP, 1 mM). Concluindo, nossos resultados demonstram que clonidina ativa receptores α2-adrenérgicos no LAM e que a vasodilatação dependente de endotélio é mediada pela ativação da via NO-GMPc e também envolve a ativação de canais de KC_{a e KATP.} Um fator hiperpolarizante derivado do endotélio (EDHF) também parece participar do efeito vasodilatador da clonidina.

胡萝卜素β-和ε-环化酶及辣椒红/辣椒玉红合酶基因的分离及特性研究

利用3’和5' RACE、Uneven PCR等技术成功地从胡萝卜肉质根中分离了茄红素β-环化酶、茄红素ε．环化酶和辣椒红／辣椒玉红素合酶cDNA以及茄红素β一环化酶基因5’端上游的部分序列，并研究了它们在胡萝卜肉质根中的表达模式，对胡萝卜中类胡萝卜素代谢和积累的分子机制进行了探讨。 胡萝卜茄红素β--环化酶cDNA（DCLYC1）长2089bp，包含一个1515bp的开放阅读框架，所编码蛋白长505个氨基酸，其一级结构与番茄、烟草和辣椒等植物的茄红素β--环化酶高度同源。与农杆菌和夏噬孢欧文氏菌等微生物的茄红素环化酶相似性较差，但相互间有3个短小的同源区，且蛋白疏水模式也十分相似。茄红素β--环化酶在胡萝卜肉质根中的表达受品种和组织特异性的调控。在紫色的富含茄红素的“齐头红”胡萝卜肉质根中该基因的表达受到了强烈的抑制，相反，在橙色的富含β--和α--胡萝卜素的“CA201”胡萝卜肉质根中表达十分活跃。茄红素β--环化酶和八氢番茄红素合酶基因的表达在肉质根的韧皮部和木质部之间存在差异，在韧皮部中的表达强于木质部。类胡萝卜素生物合成基因的差异表达是造成不同胡萝卜品种和组织中积累的类胡萝卜素的种类和含量不同的原因。 对紫色品种和橙色品种的茄红素β--环化酶基因组DNA的PCR分析表明两者的基因组中均存在茄红素β一环化酶基因。为了探明茄红素β--环化酶基因在不同胡萝卜品种中差异表达的原因，利用Uneven pCR从胡萝卜基因组DNA中分离克隆了茄红素β--环化酶基因5’端上游部分序列。该DNA片段长1.7kb，3’端286bp区域与DCLYC1的5’端序列交叉重叠，在GenBank中没有找到相似的序列。在1294bp-1336bp位置串连着3个TATA盒，结构十分特殊，在TATA盒上游大约700bβ位置有2个CAAT盒。瞬间表达实验证明它具有启动子活性，可以指导GUS基因在胡萝卜肉质根、叶片和茎等组织中表达。然而，其表达模式却与茄红素B．环化酶基因的Northern杂交结果不同，主要在韧皮部和木质部交界的分生组织中表达，同时在紫色胡萝卜肉质根中其表达并没有受到抑制。这一片段可能还不是完整的胡萝卜茄红素β--环化酶基因启动子，缺少了调控基因进行品种和组织特异性表达的部分序列元件。因此，分离更长的胡萝卜茄红素环化酶基因5’端上游序列，将有助于揭示茄红素β一环化酶基因呈品种和组织特异性表达的分子机制。 所分离的胡萝卜辣椒红／辣椒玉红素合酶cDNA (DCCCS)长1744bp，包含一个长1476bp的开放阅读框架，所编码蛋白长492个氨基酸。与辣椒和柑桔CCS的氨基酸序列同源性分别为为76.6%和75.3%，与DCLYC1等其它植物茄红素β--环化酶的氨基酸序列同源性为63.9-67.4%。DCCCS的表达模式在两个不同颜色的品种之间十分相似，在肉质根韧皮部中强烈表达，而在木质部中表达明显受到了抑制。由于CCS与LYC-B高度同源，有人认为CCS可能具有茄红素环化酶活性，然而本研究结果表明，DCCCS虽然在紫色的齐头红胡萝卜肉质根韧皮部中强烈表达，却没有影响细胞中积累大量的茄红素，因此DCCCS即使具有茄红素环化酶作用，其活性也是极低的。 分离到的胡萝卜茄红素ε--环化酶cDNA片段(DCL YC-E)长1264bp，包含了完整的3’端，5’端尚不完整。按照引物LYCP1上的阅读框架进行翻译得到长385个氨基酸的肽链与莴苣、番茄和拟南芥LYC-E肽链相应区域的氨基酸序列高度同源，达80.5%以上，其中与莴苣茄红素ε--环化酶最为接近。与拟南芥茄红素ε--环化酶第448位基团和莴苣茄红素ε--环化酶第457位基团对应的氨基酸基团为H。这一基团是一个分子开关，决定茄红素ε--环化酶是催化茄红素的一端还是两端形成ε--环，因此，胡萝卜茄红素ε--环化酶可能与莴苣茄红素ε--环化酶具有相同的功能，即可以催化对称的线性茄红素的两端均形成ε--环，生成双ε--环胡萝卜素。DCLYC-E在胡萝卜肉质根中表达模式与DCLYCI不同，在紫色品种齐头红肉质根韧皮部中表达十分强烈，没有受到抑制，而且明显强于木质部;在橙色品种CA201中DCLYCE的表达模式与DCLYCI相似，韧皮部中表达强，而木质部中相对弱得多。DCL YC-E的表达模式在所测试品种间没有差异。在富含茄红素的齐头红胡萝卜肉质根中DCL YC-E强烈表达，可见它并没有将茄红素大量转化为双ε--环胡萝卜素，因此该酶的功能和活性有待进一步研究。

转基因植物生产生物可降解塑料PHB的研究-phbA功能鉴定、多价表达载体的构建及转基因植物的获得

聚-β-羟基链烷酸（PHA）是许多微生物作为碳源、能源的一类贮藏性聚酯，具有广泛的应用价值。该聚酯可被微生物完全降解且有与塑料相似的性质，因而研究并提高PHA在植物中的合成为解决环境污染提供了新的解决途径。 聚-β-羟基于酸酯（PHB）是研究的最早、研究的最清楚的一种PHA。用聚合酶链式反应扩增并克隆了真养产碱杆菌（Alcaligenes eutrophus）中合成PHB的一个关键酶——3-酮硫裂解酶基因phbA。DNA序列分析表明所克隆的基因与国外报道序列同源性很高，只有一个碱基对的区别。为了检测该基因的功能及导肽的定位效率，构建了带有导肽基因的组成型表达载体，由根癌农杆菌介导转化烟草（Nicotiana tabacum cv. Wisconsin 38）得到转基因植株。蛋白质电泳结果表明导肽可以将外源蛋白定位于质体，phbA基因能翻译成相应大小的蛋白。酶活性分析证实了转基因烟草中phbA编码的3-酮硫裂解酶可以催化乙酰-CoA合成乙酰乙酰-CoA。 将携有导肽序列的phbC（编码PHB合酶）和phbB（编码乙酰乙酰-CoA还原酶）连入pBIB-HYG得到组成型表达载体pZCB，用冻融法转入根癌农杆菌，介导转化烟草。烟草为已获得的具有卡那霉素抗性整合并表达phbA的转基因烟草。通过二次转化将携有潮霉素抗性的phbB基因和phbC基因导入已整合phbA的烟草，各基因均由质体导肽控制，最后得到整合PHB合成的三个酶基因的转基因烟草。转基因烟草经PCR、PCR-Southern检测，初步确定整合phbB和phbC烟草植株。以气相色谱初步分析，转基因烟草中PHB的含量可达鲜重的0.233%。 结果表明phbB和phbC基因可以在真核表达系统中编码相应的蛋白。通过色素分析、荧光动力学等手段分析了PHB在叶绿体中的累积对其功能的影响。 为了提高底物乙酰-CoA的供应能力及减少惰性聚酯对植物体的伤害，分离了种子特异性启动子和质体导肽序列，利用忆经克隆的合成PHB的三个关键酶基因，通过一系列DNA重组，分别构建了含有种子特异性启动子的嵌合phbC、phbB的二价表达载体pSCB及嵌合phbC、phbA、phbB的三价表达载体pSCAB，并由导肽将基因表达产物定位于质体。经根癌农杆菌介导转化油菜（Brassica napus L.) H165，获得转基因油菜植株，并进行了PCR、Southern blot及RT-PCR-DNA杂交等分检测。结果表明，三基因已经分别整合到相应的转基因油菜中，并已在转录水平表达。同时转化了油菜不育系、恢复系和保持系，获得批量转化株，并移入温室栽培。

大蒜、绊根草中重金属抗性分子机制的研究

日益加剧的重金属污染已经危害到了全球的生态环境以及人类健康。在分子水平上阐明植物中的重金属抗性机制并应用于环境修复和绿色农业是植物科学和环境科学以及农业科学的交叉点和新的生长点。为了了解植物重金属抗性的分子机制，我们的研究主要是从重金属抗性植物材料大蒜(Allium sativumL．)和绊根草(Cynodon dactylon)中分离重金属抗性相关基因，并研究它们在重金属抗性机制中的功能。 在高等植物中有迹象表明，一种富含半胱氨酸的低分子量蛋白．类金属硫蛋白 (Metallothioneins Like，MTs Like)和一类具有Y-(Glu-Cys) n-Gly特殊结构的多肽一植物络合素(Phytochelatins，PCs)在重金属抗性机制中占有重要地位。然而人们对于同一种植物中这两种重金属结合肽作用的相互关系还缺乏了解，同时对于MT Like基因以及PCs合酶基因在同一种植物中的表达模式如金属离子专一性、时空表达特点等，还投有文献报道，因此本文将首先以这两个基因为切入点进行研究。 本研究采用RACE的方法，从大蒜中分离得到了类金属硫蛋白(MT-Like)的cDNA序列(GenBank Accession No.AY050510)，PCR和SoutheLrn Blot分析表明，大蒜基因组中不仅存在类金属硫蛋白基因，而且可能以基因家族的形式存在。对获得的MT Like cDNA进行的序列分析及同源性分析表明，大蒜MT Like cDNA含有一个完整的开放阅读框架，编码73个氨基酸，其中12个为半胱氨酸，占氨基酸总数的1 6.4%，并与其他植物如水稻、小麦、紫羊茅草中的类金属硫蛋白基因同源性较高，其中最高达89%。对该基因编码的氨基酸序列和结构分析表明在N-端、c-端结构域中分别含有3个典型的金属硫蛋白的结构模式Cys-Xaa-Cys，属于典型的Type-1类金属硫蛋白。这些Cys-Xaa-Cys特征结构表明大蒜MT Like基因编码的蛋白可以结合二价金属离子。重金属胁迫下大蒜根中MT Like基因在转录水平的表达检测表明，MT Like基因的表达受重金属离子Cu2+、Cd2+的诱导，暗示MT Like基因在大蒜对重金属的抗性中有重要作用。此外，用能谱电镜技术研究大蒜中重金属的积累与分布，以及用组织原位杂交技术分析MT Like基因的表达定位与重金属的积累、转运的关系已在进行之中。 植物络合素也是富含巯基的多肽化合物，在重金属抗性中起重要作用。由植物络合素结构中存在的Y一酰胺键或β-Ala可知PCs不是基因表达的直接产物，而是以GSH为前体的酶促反应产物。目前已知y一谷氨酰半胱氨酸二肽转肽酶(简称为PCs合酶，phytochelatin synthase，PCS)是PCs合成途径的关键酶，编码这一关键酶的基因目前已在小麦、拟南芥菜和裂殖酵母中克隆。由于这一基因在不同物种中的保守性较低，其克隆较困难。本研究通过设计植物络合素台酶基因简并引物，从大蒜中扩增得到了345bp的cDNA序列。序列分析和推测的氨基酸序列同源性比较表明，此序列的翻译产物与已知的植物络合素合酶同源性最高，此cDNA序列应为大蒜植物络合素合酶基因的部分cDNA序列(GenBank Accession No.AF384110)。目前大蒜植物络台素合酶基因的全长序列的扩增，以及这两种与重金属抗性有关的基因(MT Like，PCS)的表达模式仍在研究中。 本文还尝试了利用酵母重金属敏感突变株M379/8功能互补的方法从重金属抗性植物绊根革中分离新的重金属抗性相关基因。构建了用于转化的酵母质粒表达文库，探索了酵母转化体系建立的条件。曾尝试多种转化方法，并对其中的条件进行了优化改进。下一步的工作将集中在合适的酵母突变体的筛选或穿梭表达载体的选择标记基因替换上

青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究-金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析

第一部分：青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究 青蒿素是从中药青蒿中分离出的倍半萜内酯化合物，目前是世界上唯一有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物。青蒿植株中青蒿素含量在开花期最高，但是目前尚不清楚开花与青蒿素生物合成的关系。为此，我们用光周期（短日照）诱导青蒿提前开花，不仅同时获得了开花与不开花的青蒿植株，而且还成功地在同一植株上诱导部分分枝开花，另一部分分枝保持营养生长状态。这一实验体系为研究青蒿开花与青蒿素生物合成的相关性奠定了基础。实验结果表明，开花与不开花青蒿植株青蒿素含量有明显差异。开花植株的青蒿素含量在前2周内逐渐提高，第三周（开花期）达到最高，并保持一周左右，在随后的2周内下降。青蒿植株开花后，叶片便开始老化变黄，逐渐死亡。未开花青蒿植株的青蒿素含量动态在前三周内与开花植株类似，但是这种高青蒿素含量状态能保持较长时间，至少在随后的2周内没有下降。未开花植株的叶片依然保持绿色。这一结果表明，开花不是导致青蒿素含量提高的直接原因。 扫描电镜观察结果表明，幼嫩叶片上的毛状腺体( trichrome)结构是完整的，而在老化的叶片上，则观察到了相当比例(40-50%)破损的腺体。这可能是导致青蒿素含量下降的直接原因。 不同生态型青蒿对光周期的反应是不同的。在北京地区，本地青蒿在8月初便开始开花，而来自四川武陵的青蒿则要到9月份才能开花。根据这一特性，采用“南蒿北栽”的方法，能够使青蒿保持较长时间的营养生长状态，延长适于采收的时间。 第二部分：金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析 植物次生代谢物山屯酮( Xanthones)仅存在于龙胆科和藤黄科植物中。它们具有抑制单胺氧化酶，细胞毒素及抗肿瘤活性。 含有1 3个碳原子的二苯甲酮是山屯酮生物合成的中间产物，是由二苯甲酮合酶催化合成的，这一反应是山屯酮生物合成的关键步骤。二苯甲酮合酶已经在金丝桃和百金花细胞悬浮培养系统中检测到，并进行了细致的生化水平上的研究。本研究是在上述研究的基础上，进一步克隆该酶的基因，并进行异源表达及功能分析工作，以便更好地了解和调控山屯酮的生物合成。 用PCR和RT-PCR技术，从金丝桃cDNA文库和逆转录产物中分别克隆到一个基因HBPS1和HBPS2，从百金花cDNA文库中克隆到一个基因CBPS1。HBPS1含有1402个碱基，其开放阅读框架编码390个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为6.55。HBPS2含有1398个碱基，其开放阅读框架编码395个氨基酸，分子量为42.8 kDa，等电点为5.78。CBPS1含有1383个碱基，其开放阅读框架编码389个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为7.88。与GenBank中序列同源性比较结果表明：在氨基酸水平上，HBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性高达92%，HBPS2与萝卜（Raphanus sativus）查尔酮合酶的同源性为64%，CBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性为71%。HBPS1与HBPS2的同源性仅为62%。 将三个新克隆的基因的ORF整合到载体pGEX-G上的谷胱甘肽还原酶S基因下游，构建成转化质粒，并在大肠杆菌中诱导表达。结果表明，这三个基因的ORF片段均能被表达成约68 kDa的产物，这与期望的结果一致。 活性检测结果表明，HBPS1是查尔酮合成酶，其底物为香豆酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：香豆酰辅酶A 2.8μM，丙二酸单酰辅酶A，11.2μM。最适反应条件是350C，pH7.0，DTT浓度10 μM。 HBPS2是二苯甲酮合酶，其底物是苯甲丙氨酰辅酶A，和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：苯甲丙氨酰辅酶A 2.4 μM，丙二酸单酰辅酶A 9.6μM。最适反应条件是350C，pH 6.5，DTT浓度50 μM。而CBPS1则没有检测到任何活性。从同一种植物中同时获得了查尔酮合酶和二苯甲酮合酶，对研究这两种十分相近的酶的差异表达，酶促反应机制等问题将非常有利。

大蒜中植物络合素合酶基因的克隆及功能分析

随着现代工业的发展，重金属污染已经成为一个非常严重的问题。 传统的重金属治理方法花费较高并且过程非常繁琐。植物修复技术是一种经济并且有效的利用植物进行环境污染治理的新方法。植物络合素是一类植物体内络合重金属离子的多肽，它已经发现于多种植物与微生物中。植物络合素合酶是催化GSH合成 植物络合素的关键酶。因此揭示植物络合素合酶的分子机理对于了解植物对重金属抗性的机制又很重要的意义。迄今为止，关于植物络合素合酶基因的研究主要集中在两种非重金属的植物中：拟南芥与小麦。许多关于该基因结构与功能的问题依然很不清楚。大蒜是一种能够抗很高浓度重金属的植物。在本研究中，我们利用大蒜这种重金属抗性植物对以下问题做了较为系统的研究： 1. 测量了大蒜在重金属胁迫下的生理表现，并得出大蒜是一种具有重金属抗性的植物; 2. 我们从大蒜中克隆出一个新的植物络合素合酶基因。该基因全长1868bp，包含一个 506个氨基酸的开放读码框并编码一个55.8KD的蛋白。该基因转译的氨基酸序列与其他十二种物种的植物络合素合酶氨基酸序列具有很高的同源性; 3. 酵母功能互补试验证明表达AsPCS的酵母可以比对照耐受更高浓度的镉与砷。这表明AsPCS的转译产物在酵母与植物的重金属的耐受过程中起很重要的作用; 4. RT-PCR的结果表明，经过重金属Cd2＋的胁迫，AsPCS在根中与茎中的表达量都有提高，这说明AsPCS的调控是发生在转录水平上的。另外通过比较该基因在相同处理条件下根中与茎中的表达量，我们发现AsPCS在根中的表达量远高于茎中; 5. 原位杂交显示AsPCS主要表达于根的表皮、顶端分生组织、韧皮部，并且当重金属压力提高后，表皮的表达量明显提高。

小麦茉莉酸诱导基因的克隆及表达模式分析

茉莉酸（JA）以及茉莉酸甲醋（MeJA）统称为茉莉素（jasmonates），是由 亚麻酸起始合成的一类具环戊酮基的广泛存在于植物界的类激素，它们对于植物 的发育和抗逆性等都起着重要的作用。为了进一步的了解茉莉酸的生物合成以及 功能，我们对”冬小麦中的茉莉酸生物合成、低温环境中的作用及对拟南芥开花时 间的影响等方面进行了研究。 为了方便分离茉莉酸诱导的基因，我们构建了一个高质量的小麦茉莉酸诱导 文库。未扩增时滴度为3一4xlo6pfu/ml，平均插入的长度为1.2kb。TaJIP是一个 JA诱导的基因，进一步的Northern分析发现它亦可以被低温诱导表达，这给了 我们一个提示，JA信号系统可能参与了植物对低温反应的过程。当外源施加JA于拟南芥时，无论是春化处理或者没有春化处理，无论是C24 还是Col生态型，开花时间都有所增加，而且进一步的NOrthern实验证明，这 种外源的JA的处理延迟开花的现象是与开花抑制基因FLC表达水平的增加相平 行，与长日促进途径中的主效基因CO的表达水平无关。这种JA处理延迟开花的 现象与FLC表达水平增加相平行的现象，表明了JA有可能是通过作用于FLC， 使它的表达水平增加来延迟开花。 Aos（Allene oxide synthase）是茉莉酸合成的脂氧合酶途径中的第一个关 键酶。我们克隆了小麦中的该基因并作了表达分析。它的开放阅读框（ORF）约 1410 bp，编码的多肤长约470个氨基酸，推测其蛋白分子量为51.9 kDa，pI为 9.39。Southern分析表明其在基因组中的拷贝数为3个。其mRNA表达可被外源 的JA强烈的诱导。处理10小时达到高峰。RNA原位杂交表明，该基因在幼苗 中组织特异表达，主要集中在幼叶，特别是在维管束区域，与大麦中的AOS不 同的是，它还在胚芽鞘和茎尖的维管束区域有强烈的表达信号。原位杂交还显示 La3十并不能阻断JA对它的诱导表达

植物对重金属砷和镉胁迫适应的分子机理初探

随着现代工业的发展，重金属污染日趋严重。重金属污染引发的环境和健康问题在许多国家都有报道，我国的重金属污染状况也不容乐观。土壤和水体中的重金属污染可以通过食物链进入人体，对人类健康造成很大的危害，如诱发癌症 和畸胎等。 植物修复是一种利用植物对重金属或有机污染物的超富集能力清除或减低污染的环境生物技术。植物修复的生物学机制的研究为这项技术走向实用化奠定了基础。植物修复近期的进展可能来自于可更有效地富集重金属的植物品种的选择、土壤条件的改善等;但长远看来，植物修复技术的巨大进步将取决于新的可更好地抵抗重金属或降解有机毒物的基因的鉴定和克隆，并通过转基因技术创造一批新的植物品种，如可迅速大量富集重金属的高生物量的用作环境净化的植物，以及可排拒重金属吸收的粮食、蔬菜和水果等作物。 本研究针对砷污染的植物修复机制，以超富集砷的凤尾蕨属植物——蜈蚣草为试材取得了如下进展： 1． 以从砷污染地区采集的蜈蚣草（Pteris vittataL．）为植物材料，利用抑制消减杂交(SSH)分离了经砷诱导处理与其对照间表达有差异的cDNA片段，以期得到与砷富集密切相关的基因。其中筛选到的一个cDNA片段与ABC transporter (ATP-binding cassette transporter)有较高的同源性。通过RACE方法对该基因进行了克隆，并进行了初步的结构和功能分析。结果表明所获得的PvABCTl (Accession No. AY496966)为一全长cDNA，长度为2165 bp，其中开读框架为1791 bp，编码597个氨基酸。该基因所编码的蛋白中含有2个ABC transporter特性结构域，1个ATP-binding cassette和2个ATP/GTP结合位点(P-loop)，没有明显的跨膜区。 2． 对蜈蚣草在砷胁迫下PvABCT1基因的表达模式进行了研究。转录水平分析表明PvABCT1的表达受砷的诱导。进一步通过PvABCTl-GFP融合基因在洋葱细胞中的表达进行亚细胞定位，结果显示该基因可能定位于细胞质中。 3． 为了研究所克隆的PvABCT1基因的功能，本研究构建了PvABCT1的酵母表达载体，把该基因转入因ACR3基因缺失而对砷敏感的酵母突变株。酵母功能互补实验表明PvABCT1不仅不能与ACR3基因功能互补，反而使酵母对砷的敏感性增加，同时酵母细胞中的砷含量较未转化的酵母细胞增加。即在转入PvABCT1后，酵母细胞吸收了更多的砷。这暗示该基因与蜈蚣草中砷的高吸收有关。 针对食品重金属污染问题，本研究探讨了减低蔬菜对重金属吸收的方法及其 作用机理，取得了如下进展： 1．研究了钙离子和镧离子对镉离子胁迫下生菜种子萌发和植株生长的影响，结果表明在种子萌发时外施4 mM CaCI2或0.04 mg/L La(N03)3均可提高生菜对重金属镉的抗性。 2．通过检测0.5 mM CdCl2胁迫下生菜植株中的镉含量以及外施钙离子或镧离子后相应的镉含量，发现4 mM CaCl2可以增加镉胁迫下生菜植株中镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3可以降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。 3．对生菜中植物络合素合酶基因进行了克隆，通过RT-PCR分析以及植物络合素( phytochelatins，PCs)的检测，探讨了外施钙离子或镧离子对镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达量、植物络合素含量以及镉的积累三者之间的关系。结果表明：4 mM CaCl2可以提高镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，增加镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3虽然同样可以提高植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，却能降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。这暗示外施钙离子可以促进用于重金属污染环境修复的植物对重金属的吸收，而外施镧离子可以用于降低叶菜类蔬菜中重金属镉的积累。