Developmentally regulated transcription factors in Drosophila melanogaster

During early stages of Drosophila development the heat shock response cannot be induced. It is reasoned that the adverse effects on cell cycle and cell growth brought about by Hsp70 induction must outweigh the beneficial aspects of Hsp70 induction in the early embryo. Although the Drosophila heat shock transcription factor (dHSF) is abundant in the early embryo, it does not enter the nucleus in response to heat shock. In older embryos and in cultured cells the factor is localized within the nucleus in an apparent trimeric structure that binds DNA with high affinity. The domain responsible for nuclear localization upon stress resides between residues 390 and 420 of the dHSF. Using that domain as bait in a yeast two-hybrid system we now report the identification and cloning of a nuclear transport protein Drosophila karyopherin-α3(dKap- α3). Biochemical methods demonstrate that the dKap-α3 protein binds specifically to the dHSF's nuclear localization sequence (NLS). Furthermore, the dKap-α3 protein does not associate with NLSs that contain point mutations which are not transported in vivo. Nuclear docking studies also demonstrate specific nuclear targeting of the NLS substrate by dKap-α3.Consistant with previous studies demonstrating that early Drosophila embryos are refractory to heat shock as a result of dHSF nuclear exclusion, we demonstrate that the early embryo is deficient in dKap-α3 protein through cycle 12. From cycle 13 onward the transport factor is present and the dHSF is localized within the nucleus thus allowing the embryo to respond to heat shock.

The pair-rule gene fushi tarazu (ftz) is a well-studied zygotic segmentation gene that is necessary for the development of the even-numbered parasegments in Drosophila melanogastor. During early embryogenesis, ftz is expressed in a characteristic pattern of seven stripes, one in each of the even-numbered parasegments. With a view to understand how ftz is transcriptionally regulated, cDNAs that encode transcription factors that bind to the zebra element of the ftz promoter have been cloned. Chapter Ill reports the cloning and characterization of the eDNA encoding zeb-1 (zebra element binding protein), a novel steroid receptor-like molecule that specifically binds to a key regulatory element of the ftz promoter. In transient transfection assays employing Drosophila tissue culture cells, it has been shown that zeb-1 as well as a truncated zeb-1 polypeptide (zeb480) that lacks the putative ligand binding domain function as sequencespecific trans-activators of the ftz gene.

The Oct factors are members of the POU family of transcription factors that are shown to play important roles during development in mammals. Chapter IV reports the eDNA cloning and expression of a Drosophila Oct transcription factor. Whole mount in-situ hybridization experiments revealed that the spatial expression patterns of this gene during embryonic development have not yet been observed for any other gene. In early embryogenesis, its transcripts are transiently expressed as a wide uniform band from 20-40% of the egg length, very similar to that of gap genes. This pattern progressively resolves into a series of narrower stripes followed by expression in fourteen stripes. Subsequently, transcripts from this gene are expressed in the central nervous system and the brain. When expressed in the yeast Saccharomyces cerevisiae, this Drosophila factor functions as a strong, octamer-dependent activator of transcription. The data strongly suggest possible functions for the Oct factor in pattern formation in Drosophila that might transcend the boundaries of genetically defined segmentation genes.

Brf1 post-transcriptionally regulates pluripotency and differentiation responses downstream of Erk MAP Kinase

FGF/Erk MAP Kinase Signaling is a central regulator of mouse embryonic stem cell (mESC) self-renewal, pluripotency and differentiation. However, the mechanistic connection between this signaling pathway activity and the gene circuits stabilizing mESCs in vitro remain unclear. Here we show that FGF signaling post-transcriptionally regulates the mESC transcription factor network by controlling the expression of Brf1 (zfp36l1), an AU-rich element mRNA binding protein. Changes in Brf1 level disrupts the expression of core pluripotency-associated genes and attenuates mESC self-renewal without inducing differentiation. These regulatory effects are mediated by rapid and direct destabilization of Brf1 targets, such as Nanog mRNA. Interestingly, enhancing Brf1 expression does not compromise mESC pluripotency, but does preferentially regulate differentiation to mesendoderm by accelerating the expression of primitive streak markers. Together, these studies demonstrate that FGF signals utilize targeted mRNA degradation by Brf1 to enable rapid post-transcriptional control of gene expression.

Dieta hiperlipídica materna e pós-natal promove remodelamento adverso do fígado, pâncreas e tecido adiposo na prole

A dieta hiperlipídica (high-fat, HF) materna durante a gestação e/ou lactação aumenta a susceptibilidade da prole para o desenvolvimento de doenças crônicas na fase adulta. Verificar a hipótese que a ingestão materna de dieta HF nos períodos críticos de desenvolvimento (gestação e/ou lactação) predispõe à doença não alcoólica do fígado gorduroso e alterações pancreáticas e no tecido adiposo de camundongos machos adultos. Camundongos C57BL/6 fêmeas receberam durante a gestação e/ou lactação dieta padrão (standard chow, SC) ou HF. Filhotes machos foram divididos em cinco grupos: SC provenientes de mães SC; G provenientes de mães HF durante a gestação; L provenientes de mães HF durante a lactação; GL/HF provenientes de mães HF durante a gestação/lactação, mantendo a mesma dieta HF no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade); GL provenientes de mães HF durante a gestação/lactação trocando a dieta para SC no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade). Foi analisada ao longo do experimento a massa corporal da prole. No sacrifício (3 meses), o fígado, o pâncreas e a gordura epididimária foram removidos, pesados e processados e o sangue foi coletado para análise bioquímica. Ao nascimento e ao desmame, filhotes GL/HF foram mais pesados (+6% e +44%, p<0,05, respectivamente) que os filhotes SC. Os filhotes G apresentaram resistência à insulina e menor expressão do transportador de glicose no fígado (GLUT-2). A esteatose hepática foi observada nos grupos G, L, GL e principalmente nos filhotes do grupo GL/HF. A expressão hepática da proteína ligante de elementos regulatórios de esteróis (SREBP-1c) estava aumentada nos filhotes G, GL e GL/HF. Os filhotes G, GL e GL/HF apresentaram hipertrofia da ilhota pancreática e dos adipócitos quando comparados com o grupo SC. O consumo de dieta HF durante a gestação mostra-se ser o período mais prejudicial para os filhotes adultos de camundongos. A programação metabólica por dieta HF leva ao remodelamento adverso do fígado, do pâncreas e do tecido adiposo

Birth Weight, Working Memory and Epigenetic Signatures in IGF2 and Related Genes: A MZ Twin Study

Neurodevelopmental disruptions caused by obstetric complications play a role in the etiology of several phenotypes associated with neuropsychiatric diseases and cognitive dysfunctions. Importantly, it has been noticed that epigenetic processes occurring early in life may mediate these associations. Here, DNA methylation signatures at IGF2 (insulin-like growth factor 2) and IGF2BP1-3 (IGF2-binding proteins 1-3) were examined in a sample consisting of 34 adult monozygotic (MZ) twins informative for obstetric complications and cognitive performance. Multivariate linear regression analysis of twin data was implemented to test for associations between methylation levels and both birth weight (BW) and adult working memory (WM) performance. Familial and unique environmental factors underlying these potential relationships were evaluated. A link was detected between DNA methylation levels of two CpG sites in the IGF2BP1 gene and both BW and adult WM performance. The BW-IGF2BP1 methylation association seemed due to non-shared environmental factors influencing BW, whereas the WM-IGF2BP1 methylation relationship seemed mediated by both genes and environment. Our data is in agreement with previous evidence indicating that DNA methylation status may be related to prenatal stress and later neurocognitive phenotypes. While former reports independently detected associations between DNA methylation and either BW or WM, current results suggest that these relationships are not confounded by each other.

Muscle wasting in myotonic dystrophies: a model of premature aging

Myotonic dystrophy type 1 (DM1 or Steinert's disease) and type 2 (DM2) are multisystem disorders of genetic origin. Progressive muscular weakness, atrophy and myotonia are the most prominent neuromuscular features of these diseases, while other clinical manifestations such as cardiomyopathy, insulin resistance and cataracts are also common. From a clinical perspective, most DM symptoms are interpreted as a result of an accelerated aging (cataracts, muscular weakness and atrophy, cognitive decline, metabolic dysfunction, etc.), including an increased risk of developing tumors. From this point of view, DM1 could be described as a progeroid syndrome since a notable age dependent dysfunction of all systems occurs. The underlying molecular disorder in DM1 consists of the existence of a pathological (CTG) triplet expansion in the 3' untranslated region (UTR) of the Dystrophia ll/Iyotonica Protein Kinase (DMPK) gene, whereas (CCTG)n repeats in the first intron of the Cellular Nucleic acid Binding Protein/Zinc Finger Protein 9 (CNBP/ZNF9) gene cause DM2. The expansions are transcribed into (CUG)n and (CCUG)n-containing RNA, respectively, which form secondary structures and sequester RNA binding proteins, such as the splicing factor muscleblind-like protein (MBNL), forming nuclear aggregates known as foci. Other splicing factors, such as CUGBP, are also disrupted, leading to a spliceopathy of a large number of downstream genes linked to the clinical features of these diseases. Skeletal muscle regeneration relies on muscle progenitor cells, known as satellite cells, which are activated after muscle damage, and which proliferate and differentiate to muscle cells, thus regenerating the damaged tissue. Satellite cell dysfunction seems to be a common feature of both age-dependent muscle degeneration (sarcopenia) and muscle wasting in DM and other muscle degenerative diseases. This review aims to describe the cellular, molecular and macrostructural processes involved in the muscular degeneration seen in DM patients, highlighting the similarities found with muscle aging.

Dieta rica em sacarose: perfil inflamatório e danos hepáticos em camundongos

Ainda não está bem definido na literatura se uma dieta rica em sacarose, mesmo sendo isoenergética, provoca danos à saúde. Camundongos C57BL/6 foram alimentados com uma dieta controle (10% da energia proveniente de gordura, 8% da energia proveniente da sacarose - SC), uma dieta rica em sacarose (10% de energia proveniente da gordura, 32% da energia proveniente da sacarose - HSu), uma dieta hiperlipídica (42% da energia proveniente de gordura, 8% da energia proveniente da sacarose - HF) ou uma dieta combinada HF/HSu (42% da energia proveniente de gordura, 32% da energia proveniente da sacarose), durante oito semanas. Apesar da massa corporal e do índice de adiposidade não terem sofrido alteração, o grupo HSu apresentou hipertrofia dos adipócitos, o que também foi observado nos grupos HF e HF/HSu. Os grupos HF, HSu e HF/HSu foram intolerantes à glicose e apresentaram níveis séricos de insulina elevados. Os níveis séricos de leptina, resistina e proteína quimiotática de monócitos-1 (MCP-1) aumentaram, enquanto adiponectina sérica reduziu nos grupos HF, HSu e HF/HSu. No tecido adiposo, os animais HF, HSu e HF/HSu apresentaram maiores níveis de expressão protéica de leptina e níveis mais baixos de expressão protéica de adiponectina, em comparação ao grupo SC. Colesterol hepático foi maior nos grupos HF e HF/HSu, enquanto TG hepático foi maior nos grupos HSu e HF/HSu. Os animais dos grupos HF, HSu e HF/HSu apresentaram esteatose hepática, aumento da expressão protéica hepática de elemento regulador de esterol ligante da proteína 1 (SREBP-1c) e diminuição da expressão protéica do receptor ativador de proliferação peroxissomal alfa (PPAR-α). Em conclusão, a dieta rica em sacarose não provoca obesidade nos animais, mas provoca alterações nos adipócitos (hipertrofia), intolerância à glicose, hiperinsulinemia, hiperlipidemia, esteatose hepática e aumento de citocinas inflamatórias. Os efeitos prejudiciais da dieta rica em sacarose, mesmo quando a sacarose substitui isocaloricamente o amido na alimentação, pode ter consequências para a saúde.

Dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose em camundongos suíços: metabolismo de carboidratos, fígado e tecido adiposo

A doença hepática gordurosa não alcoólica é uma desordem multifatorial causada principalmente por excesso nutricional e resistência à insulina, com prevalência estimada de 20-40% nos países ocidentais. A dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose pode influenciar no desenvolvimento da esteatose hepática associada à obesidade e a resistência à insulina. O fígado, por assumir papel central no controle metabólico, é um órgão alvo nos casos de excesso alimentar, ocasionando, principalmente, acúmulo de gotículas de gordura nos hepatócitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o início das alterações morfológicas e metabólicas no fígado e no tecido adiposo de camundongos suíços machos alimentados com dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose. Camundongos suíços machos aos três meses de idade foram divididos em quatro grupos nutricionais: dieta padrão (SC), dieta hiperlipídica (HF), dieta rica em sacarose (HSu) e dieta hiperlipídica rica em sacarose (HFHSu). Os animais receberam as respectivas dietas durante quatro semanas. A massa corporal, a ingestão alimentar e a tolerância oral à glicose foram avaliados. Ao sacrifício, o fígado e os depósitos de gordura corporal foram removidos e processados para análises histomorfométricas e moleculares. As amostras de sangue foram obtidas para análises bioquímicas plasmáticas. Os dados foram expressos como média e erro padrão da média e as diferenças foram testadas por one-way ANOVA com pós-teste de Holm-Sidak, e foi considerado o nível de significância de p<0,05. Os grupos HF e HFHSu apresentaram-se mais pesados quando comparados aos grupos SC e HSu. Os animais dos grupos HF, HSu e HFHSu apresentaram intolerância à glicose, esteatose hepática e aumento de triglicerídeos hepáticos quando comparados ao grupo SC (p<0,0005). Adicionalmente, houve elevação na expressão hepática das proteínas transportador de glicose 2 (GLUT-2), proteína de ligação ao elemento regulador do esterol 1-c (SREBP1-c), fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK), glicose -6- fosfatase (G6PASE), substrato do receptor da insulinaI-1 (IRS-1) e proteína quinase B (AKt/ou PKB) e redução da expressão no fígado do receptor ativador de proliferação peroxissomal (PPAR-α) nos grupos experimentais em comparação com o grupo SC (p<0,0005). A administração de dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose promoveu intolerância à glicose e danos hepáticos (hepatomegalia, esteatose, redução da beta-oxidação, aumento na lipogênese e na produção de glicose) em camundongos machos adultos.

Estudo da cromatina nos sítios de fixação à matriz nuclear no domínio do gene TP53 e das modificações epigenéticas e no modelo de progressão tumoral mamária 21T

Dentre os diversos tipos de câncer agressivos, o câncer de mama é o mais comum em mulheres. Mutações hereditárias e adquiridas, assim como alterações epigenéticas atuam em sinergia na carcinogênese mamária e na progressão tumoral. A proteína P53 é uma supressora de tumor e possui uma atuação fundamental na integridade genômica. Apesar do vasto conhecimento sobre o controle da P53 a nível de proteína, ainda pouco se sabe sobre o controle transcricional do gene TP53. A série 21T, uma série de 4 linhagens celulares originadas da mama da mesma paciente, representando diferentes estágios de progressão tumoral mamária, é um eficiente modelo para investigação das alterações epigenéticas e suas influências na expressão gênica ao longo da progressão do câncer de mama. Nós analisamos a organização do domínio do gene TP53 através da técnica de arranjo de DNA, em diversas linhagens celulares de câncer de mama e linhagens controle, e realizamos uma tentativa de caracterizar estes elementos de DNA nas linhagens controle não-tumorais HB2 e MCF10A e nas tumorais MCF-7, MDA-MB-231, T47D, através dos marcadores epigenéticos de eucromatina, H4Ac, e heterocromatina, H3K9me3. Ainda analisamos a ligação de proteínas à região associada à matriz nuclear (MAR), denominada MAR 2, e a possível ligação da proteína ligante à matriz nuclear (MARBP), PARP-1, através de ensaios de gel shift (EMSA). Detectamos que na linhagem controle epitelial mamária, HB2, o gene TP53 está posicionado num domínio de DNA relativamente pequeno, aproximadamente 50 kb, delimitado por dois sítios de fixação à matriz nuclear. Interessantemente, esta estrutura de domínio se apresentou radicalmente diferente nas linhagens de câncer de mama estudadas, MCF7, T47D, MDA-MB-231 e BT474, nos quais o tamanho do domínio estudado estava aumentado e a transcrição do TP53 diminuída. Os enriquecimentos com os marcadores epigenéticos de cromatina H4Ac e H3K9me3 estão diferentemente distribuídos nas MARs nas linhagens celulares. Surpreendentemente, a MAR 2 apresentou uma ligação altamente específica, o que poderia representar a atuação de fatores transcricionais envolvidos na organização da cromatina. Através de programas de bioinformática, detectamos putativos sítios para interessantes fatores de transcrição, tais como o c/EBP-beta e c-myb, que poderiam atuar em cis regulando a expressão do gene TP53 e outros flanqueadores. Nós propusemos um modelo para a organização da cromatina na região de domínio do gene TP53 com os genes flanqueadores. Através da série 21T, detectamos uma hipometilação global genômica, nas células cancerosas 21NT e 21MT1. Uma importante diminuição da expressão global do marcador H4Ac nas células metastáticas 21MT1, foi detectada em relação às outras linhagens. Os níveis de RNAm das principais enzimas relacionadas as modificações epigenéticas são consistentes com as observadas hipometilação genômica e hipoacetilação. Através de microscopia confocal, verificamos que o marcador H4Ac está localizado, na maior parte na periferia e o marcador H3K9me3, pericêntrico nos núcleos tumorais. Por fim, verificamos que o promotor P1 do gene TP53 apresenta um estado de cromatina aberta, e a expressão do gene TP53 é similar em todas as células da série 21T.

Rosuvastatina, resistência à insulina, adiposidade, inflamação e esteatose hepática em camundongos alimentados com dieta hiperlipídica

O estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da rosuvastatina (ST) e darosiglitazona sobre a resistência à insulina (RI), morfologia do fígado e do tecido adiposo em camundongos alimentados com dieta hiperlipídica (HF). O tratamento com rosuvastatina resultou em uma acentuada melhoria na sensibilidade à insulina caracterizada pela melhor depuração da glicose durante o teste de tolerância à insulina e uma redução do índice HOMA-IR em 70% (P = 0,0008). O grupo tratado com rosuvastatina apresentou redução no ganho massa corporal (-8%, P <0,01) e menor depósito de gordura visceral (-60%, P <0,01) em comparação com o grupo HF não tratado. Em comparação com camundongos HF, animais do grupo HF+ST reduziram significativamente a massa hepática e a esteatose hepática (-6%; P <0,05% e -21; P <0,01, respectivamente). O grupo HF+ST, reduziu os níveis de triglicerídeos hepáticos em 58% comparado com o grupo HF (P <0,01). Além disso, a expressão de SREBP-1c (proteína 1c ligadora do elemento regulado por esteróis) foi reduzido em 50% no fígado dos animais HF + ST (P <0,01) em comparação com o grupo HF. Os níveis de resistina foram menores no grupo HF + ST comparado com o grupo HF (44% a menos, P <0,01). Em conclusão, demonstramos que camundongos alimentados com dieta HF tratados com rosuvastatina melhoram a sensibilidade à insulina, com redução da esteatose hepática. Além disso, ST reduziu o ganho de massa corporal, melhorou os níveis circulantes de colesterol e triglicerídeo plasmático, com menor conteúdo de hepático de triglicerídeo, que foi concomitante com menor resistina e aumento da adiponectina.

一种小G蛋白TaRAN1在植物细胞周期和发育过程中的功能研究

　　小G蛋白作为信号转导中重要的分子开关， 进化相当保守，与许多不同的调控因子和效应器分子相互作用，产生细胞功能的多样性。近年来，人们不断发现植物中小G蛋白家族的新成员，也不断揭示小G蛋白的新功能，许多植物特有的信号途径和功能需要小G蛋白这个重要的分子开关来完成，使它越来越成为人们研究的热点问题。但是，有关植物中Ran GTPase及其编码基因的研究工作报道很少，对与之相互作用的调控蛋白研究进展也刚刚开始。 　　TaRAN1 (AF488730) 是小麦来源的Ran同源蛋白编码基因，全长1055 bp, 编码221个氨基酸，它在植物发育过程中的功能还没有任何报道。本论文在验证了它是小G蛋白Ran家族的成员后，从分子水平上还发现它在植物细胞周期调控、对生长素以及胁迫应答信号转导过程中都起着重要作用，这也说明了它可能作为信号转导过程中重要的转换因子，参与了很多细胞的基本生理过程。 　　利用原核表达系统及亲和色谱的方法纯化了TaRAN1融合蛋白，并用放射性标记的GTP和竞争实验证实了它具有特异的GTP结合活性。TaRAN1的转录产物在小麦幼茎和花芽等分生组织活动旺盛的器官表达较多，而在老叶中表达较少。利用洋葱表皮瞬时表达系统分析表现，TaRAN1蛋白主要定位于细胞核，但其没有典型的核定位信号。 　　细胞周期一直是生物学领域中的热门问题，人们虽然在动物细胞中取得了很大进展，但在植物细胞中的研究远落后于动物。裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）是研究细胞形态和细胞周期的良好系统，利用此系统发现超表达TaRAN1的酵母细胞表现出许多新的细胞学表型，例如G2细胞周期延滞、染色体对紫外线敏感、细胞超长或多隔细胞的出现等;反义表达TaRAN1的酵母细胞呈近圆型、具有高度凝集的核并且生长速度缓慢、核质混合和无核细胞的数目明显增加。流式细胞仪检测实验也证实其细胞周期的异常。这些结果推测TaRAN1蛋白可能参与细胞周期的有丝分裂过程和发育的调控机制，并且在维持染色体结构稳定和完整性方面起着重要的作用。通过免疫荧光实验观察表明，超表达转基因酵母的微管多呈异常的狭小扇形结构，反义表达TaRAN1的酵母微管不能形成丝状结构，推测TaRAN1还可能参与微管（包括纺锤体）的结构形成过程。最后，我们用超表达TaRAN1的转基因拟南芥和水稻也证实了它的功能，其生长点表现出分生组织增多的原基、根生长点的有丝分裂指数有所改变、出现异常的细胞分裂时相等有关细胞周期异常的现象，更进一步说明了TaRAN1确实参与着细胞周期的调控过程，推测其与细胞周期从G2期进入M期的过程有关。 　　TaRAN1基因受IAA的诱导表达，且随着浓度的增加表达量增强。超表达的TaRAN1植株（包括拟南芥和水稻）的根表现出对外源生长素异常敏感，侧根显著变少，地上部分表现出生长素过量的表现型，顶端优势减弱，分蘖增多，生长周期延长等。HPLC测定转基因植物的IAA含量，明显高于对照。所以，TaRAN1可能还参与了复杂的生长素信号转导过程。TaRAN1基因还受各种胁迫处理的诱导表达，并且超表达植株对胁迫的忍受能力有明显提高，这说明TaRAN1还参与了胁迫信号应答的相应机制。Ran蛋白这些新功能目前还未见到其它报道。

水稻(Oryza sativa L. ssp japonica)幼苗根质膜蛋白质组分析

根质膜具有重要的生物学功能，它参与了根响应脱落酸（ABA）的一系列活动。尽管已经有很多有关ABA影响根的生长和发育的报道，但是在蛋白质组水平上研究参与ABA信号转导及相关活动的质膜蛋白质的报道还未见到。我们期望利用蛋白质组学技术平台研究外源ABA胁迫下水稻根质膜与ABA功能相关的蛋白质组的变化。 本论文通过双向电泳（2DE）结合质谱（MALDI-TOF MS 和 MALDI-TOF/TOF MS）分析的方法鉴定了102个质膜相关蛋白质。这些蛋白质功能涉及到跨膜运输（16.2%）、胁迫反应（14.3%）、物质运输（4.8%）、细胞骨架动态变化（5.7%）、细胞壁重建（3.8%）、碳代谢和能量循环（13.3%）、蛋白质代谢（14.3%）、信号转导（18.1%）和其他功能的蛋白质（4.8%），以及未知功能的蛋白质（2.9%）。其中大约30％的蛋白质以同工型的形式存在。在这些鉴定结果中，有10个斑点（代表10种蛋白质）已被报道为质膜特异的蛋白质;68个蛋白质斑点（代表58种蛋白质）是质膜相关蛋白质。其余54个蛋白质斑点（代表42种蛋白质）是首次在水稻根的质膜囊泡中被鉴定出来。 在ABA处理条件下，我们在2DE胶上发现了15个响应ABA调节的蛋白质斑点。9个上调的蛋白质斑点分别代表以下9种蛋白质：vacuolar proton-ATPase A subunit, vacuolar ATPase B subunit、patatin、 Salt-stress root protein RS1、谷氨酰氨合成酶（Glutamine synthetase，GS）、OSR40c1、H+-exporting ATPase （vacuolar ATPase E subunit）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型（glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase, type I，GADPH）和醛缩酶C-1（aldolase C-1）。6个下调的蛋白质斑点分别代表4种蛋白质：endosperm lumenal binding protein、remorin protein、富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）和蔗糖合成酶（sucrose synthase, SuSy）。其中，OSR40c1和endosperm lumenal binding protein与蛋白质合成相关，从它们与ABA的关系中可以看出，ABA可能抑制了细胞的蛋白质合成。而vacuolar proton-ATPase A subunit、vacuolar ATPase B subunit和 H+-exporting ATPase参与了细胞质pH的调控，ABA致使了细胞质pH的上升。甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型、醛缩酶C-1和蔗糖合酶参与了细胞壁的生长发育，ABA的作用可能导致了细胞壁生长发育的延迟。ABA促使Patatin上升，其作用可能与质膜膜脂的降解有关。而ABA的刺激也使谷氨酰氨合成酶的表达显著上升，谷氨酰氨合成酶可以去除细胞内有害的游离NH+4。同时还有未知功能的富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）同样受到ABA的诱导，但具体的功能及其与ABA的关系还要进一步的实验证据。

小麦TaRanBP基因功能的初步分析

小G蛋白（small GTPases）是真核生物中广泛存在的一类调节各种生命活动的信号分子。根据结构与功能的不同，小G蛋白家族成员可分成五个亚家族，分别为Ras，Rab，Rho，Arf和Ran。五类小G蛋白通过其活化态（GTP结合态）和非活化态（GDP结合态）的相互转换行使着各种功能。Ras GTPases在酵母和哺乳动物中调节细胞增殖过程; Rho GTPases调控肌动蛋白重组过程，并参与MAP 激酶的细胞信号转导过程等; Rab GTPases和Arf GTPases分别在膜转运过程中起着不同的重要作用;而Ran GTPases则在核孔位置调节着蛋白和RNA分子的运输过程。 小G蛋白附属蛋白调节着小G蛋白活化态与非活化态之间的转换，其中鸟核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factors, GEFs)可以催化小G蛋白转换为GTP结合形式，即活化态;而GTPase 激活蛋白(GTPase-activating proteins, GAPs)和小G蛋白结合蛋白(small GTPases binding proteins)可以激活小G蛋白自身的水解活性，从而将其转变成非活化态形式。 相比其它小G蛋白，Ran GTPases及其附属蛋白在真核生物中的研究相对较少。已有的成果表明它们主要在核质运输过程中及对相应的信号转导途径起调节作用。而针对Ran GTPases及其附属蛋白在真核生物尤其是高等植物个体发育过程中的作用，目前报道还很少。 为了揭示Ran结合蛋白(Ran binding protein, RanBP)在植物发育过程中的作用，本文通过转基因手段对其功能进行 了研究。在此之前，本实验室已从小麦cDNA文库中成功克隆Ran结合蛋白基因：TaRanBP。该基因cDNA全长1035 bp，编码207个氨基酸。通过农杆菌介导叶圆片法，分别用正义、反义及TaRanBP与GFP融合蛋白等表达载体转化烟草，并成功获得转基因植株。亚细胞定位观察发现TaRanBP蛋白主要定位于细胞质内，尤其是在核膜附近富集。生理学和细胞学等方面的研究分析发现，TaRanBP基因在烟草个体发育过程中产生重要作用。过量表达TaRanBP基因的转基因植株在一定数量上表现出愈合的花冠筒上出现不同程度开裂，花冠筒上有附生舌状花瓣，及带有花瓣状颜 色的花萼等异常花表型。同时，转反义基因在一定程度上促进了转基因植株初生主根的生长（为对照烟草的2.3倍），而转正义基因烟草与对照烟草的初生主根长度差异不明显。用碘化丙锭(Propidium Iodide, PI)进行根部细胞染色。观察发现，不同的转基因烟草与对照烟草之间在根的各个不同形态区域的细胞大小差异不明显，推测根长的差异可能是由于整体细胞数目变化的原因导致。向重力性实验发现，转反义基因烟草幼苗较对照烟草的向重力性反应增加，而转正义基因的则表现为降低。激素吲哚乙酸(Indoleacetic Acid, IAA)的添加处理可以恢复转反义基因烟草的向重力性异常表型，而对转正义基因烟草几乎无影响。添加激动素(Kinetin, KT)的处理发现不同转基因烟草和对照烟草的向重力性均有减弱。观测后期，转正义基因的向重力敏感性较对照烟草得到恢复。测量不同转基因株系T1代幼苗鲜重，发现不同转基因烟草和对照烟草的幼苗鲜重动态变化在各个时间点有差异，且差异情况不尽相同。而不同转基因幼苗T1代幼苗可溶性蛋白含量较对照烟草有不同程度的下降。这种下降并没有影响转基因烟草的整体生长进程，开花期和结实情况与对照烟草相比也无明显变化。

果实成熟衰老与抗病性的调控机制研究

　　果实为开花植物所特有的发育器官，在种子的成熟和传播过程中发挥着重要作用。同时，肉质果实中含有丰富的营养物质，包括纤维素、维生素、抗氧化剂等，成为人们饮食的重要组成部分。由于果实的成熟衰老和抗病性直接影响果品的质量和市场价值，因此，研究果实成熟衰老和抗病性的调控机制具有重要的理论意义和应用前景。本文主要利用蛋白质组学的方法，探讨外源化学物质抑制果实成熟衰老和诱导抗病性的调控机制。 1. 硅对果实的抗病性诱导：用硅酸钠（1%）处理采后的甜樱桃果实，再接种褐腐病原菌（Molinilia fracticola），置于20C下，观测贮藏期间果实的发病率，并分析硅处理后诱导的主要蛋白质及调控机制。研究结果表明：硅酸钠处理可显著抑制贮藏期间褐腐病的发生，其抑病机理与硅诱导PR-蛋白的表达，提高果实的抗氧化水平，减轻由病原菌侵染造成的氧化胁迫相关。同时，硅处理还能保护细胞骨架结构，有利于增强果实对病原菌入侵的抵抗力。 2. 水杨酸对果实的抗病性诱导：用水杨酸（SA，2mM）在果园处理三种成熟度的甜樱桃果实，然后接种青霉病原菌（Penicillium expansum）观察其发病情况，并取样分析参与抗病性应答的主要蛋白质及调控机制。试验结果表明：SA处理能显著降低青霉病的发病率和抑制病斑扩展，而且SA对低成熟度甜樱桃果实的抗性诱导效果更好。在八成熟的果实中，有5个热激蛋白和4个脱氢酶蛋白被SA诱导，这些蛋白参与了糖酵解和三羧酸循环。抗氧化蛋白和PR蛋白主要参与较低成熟度果实的抗性应答，而热激蛋白和脱氢酶在较高成熟度果实的抗性应答中更明显，SA诱导的抗性与代谢途径相关。 　　3. 草酸对果实的抗性诱导：用5mM的草酸处理冬枣果实后，接种青霉菌（P. expansum），观察果实发病情况，测定果实相关的生理指标，分析参与果实抗性应答的主要蛋白质及调控机制。结果表明：草酸能明显延缓冬枣果实的衰老，提高果实对青霉菌的抗性。草酸处理能抑制果实乙烯的释放量和呼吸强度，延缓叶绿素的降解，减少乙醇积累。利用蛋白质组学的研究方法证实了在25个参与了草酸处理应答的蛋白中，胱硫醚-β-合酶结构域包含蛋白（CBB domain-containing protein）和3个与光合作用相关蛋白[二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase, chloroplast precursor），二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基结合蛋白（RuBisCO large subunit-binding protein subunit beta, chloroplast precursor），植物光系统Ⅱ放氧复合蛋白2（PSII oxygen-evolving complex protein 2）]的表达量上调，乙醇脱氢酶的表达量出现下调。草酸处理还提高了与乙烯合成前体相关蛋白的表达，抑制了ACC合成酶的活性。草酸提高果实抗病的机制与延缓果实成熟衰老和保持果实抗性有关。 4. 果实衰老的调控机制：采用高氧（100%）和低氧（2-3%）处理苹果果实，观察果实衰老的进程，并基于蛋白质组学的研究方法，探讨苹果果实衰老与线粒体蛋白质组的关系。结果表明，在苹果衰老过程中有22个蛋白的表达量发生变化，这些蛋白主要参与了三羧酸循环，电子传递，碳代谢和胁迫应答。高氧处理能诱导氧化胁迫，加速了果实的衰老。质谱鉴定结果证明：在高氧胁迫下，超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，MnSOD）和线粒体外膜通道蛋白（porin) 的表达量降低，MnSOD的活性受到抑制，由此提高了线粒体中超氧阴离子的含量，增加了蛋白质的氧化损伤。 此外，高氧处理改变了porin的功能，导致了线粒体膜的透势发生变化，从而引起外膜损伤。由此阐明了活性氧在果实的成熟衰老调控中的重要作用。

An ARGONAUTE4-containing nuclear processing center colocalized with Cajal bodies in Arabidopsis thaliana.

ARGONAUTE4 (AGO4) and RNA polymerase IV (Pol IV) are required for DNA methylation guided by 24 nucleotide small interfering RNAs (siRNAs) in Arabidopsis thaliana. Here we show that AGO4 localizes to nucleolus-associated bodies along with the Pol IV subunit NRPD1b; the small nuclear RNA (snRNA) binding protein SmD3; and two markers of Cajal bodies, trimethylguanosine-capped snRNAs and the U2 snRNA binding protein U2B''. AGO4 interacts with the C-terminal domain of NRPD1b, and AGO4 protein stability depends on upstream factors that synthesize siRNAs. AGO4 is also found, along with the DNA methyltransferase DRM2, throughout the nucleus at presumed DNA methylation target sites. Cajal bodies are conserved sites for the maturation of ribonucleoprotein complexes. Our results suggest a function for Cajal bodies as a center for the assembly of an AGO4/NRPD1b/siRNA complex, facilitating its function in RNA-directed gene silencing at target loci.

Dynamic regulation of ARGONAUTE4 within multiple nuclear bodies in Arabidopsis thaliana.

DNA methylation directed by 24-nucleotide small RNAs involves the small RNA-binding protein ARGONAUTE4 (AGO4), and it was previously shown that AGO4 localizes to nucleolus-adjacent Cajal bodies, sites of snRNP complex maturation. Here we demonstrate that AGO4 also localizes to a second class of nuclear bodies, called AB-bodies, which are found immediately adjacent to condensed 45S ribosomal DNA (rDNA) sequences. AB-bodies also contain other proteins involved in RNA-directed DNA methylation including NRPD1b (a subunit of the RNA Polymerase IV complex, RNA PolIV), NRPD2 (a second subunit of this complex), and the DNA methyltransferase DRM2. These two classes of AGO4 bodies are structurally independent--disruption of one class does not affect the other--suggesting a dynamic regulation of AGO4 within two distinct nuclear compartments in Arabidopsis. Abolishing Cajal body formation in a coilin mutant reduced overall AGO4 protein levels, and coilin dicer-like3 double mutants showed a small decrease in DNA methylation beyond that seen in dicer-like3 single mutants, suggesting that Cajal bodies are required for a fully functioning DNA methylation system in Arabidopsis.