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隐花色素磁感应模型体系的研究进展

化学学报 2018年第8期76卷 597-604页

作者：郭锦平万浩宇誉宫王孝杰国防科技大学文理学院生物与化学系长沙410073 莱比锡大学分析化学系莱比锡德国04103

半个世纪以来,动物地磁导航得到了广泛而深入的研究,然而其背后的磁感应机理还不清楚.1978年,Schulten等提出自由基对机理可能是生物磁感应的内在机制.近年来,这一假设得到发展和完善,提出隐花色素蛋白是生物的磁感应分子的观点.由于生... 详细信息

半个世纪以来,动物地磁导航得到了广泛而深入的研究,然而其背后的磁感应机理还不清楚.1978年,Schulten等提出自由基对机理可能是生物磁感应的内在机制.近年来,这一假设得到发展和完善,提出隐花色素蛋白是生物的磁感应分子的观点.由于生物体内环境的复杂性和隐花色素蛋白的易光解特性,生物磁感应自由基对机理的研究受到很大限制.为了深入研究生物磁感应自由基对机理,人们构建了磁感应模型体系,大大简化了生物环境的复杂性,从不同方面开展了磁感应研究.基于国内外学者的研究成果,主要介绍隐花色素磁感应和各种模型体系相关研究进展,简要总结并提出生物磁感应自由基对机理研究中亟待解决的问题.

关键词：隐花色素生物磁感应自由基对机理黄素模型体系

拟南芥18srRNA参与隐花色素介导的信号传导途径的研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2010年第12期37卷 66-71页

作者：汪启明屠小菊唐冬英赵小英刘选明湖南大学生物学院化学生物传感与计量学国家重点实验室湖南长沙410082 湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128

通过筛选以拟南芥蓝光受体隐花色素双突变体cry1cry2为遗传背景的激活标签突变体库,得到一株SCC98-D株系,该突变体具有早开花,下胚轴变短,并具有花瓣数目增加等表型,彻底恢复了cry1cry2的晚开花和长下胚轴表型.通过Tail-PCR的方法克隆得... 详细信息

通过筛选以拟南芥蓝光受体隐花色素双突变体cry1cry2为遗传背景的激活标签突变体库,得到一株SCC98-D株系,该突变体具有早开花,下胚轴变短,并具有花瓣数目增加等表型,彻底恢复了cry1cry2的晚开花和长下胚轴表型.通过Tail-PCR的方法克隆得到SCC98-D突变体中激活标签插入位点的侧翼序列,通过对该侧翼序列测序发现插入位点在18srRNA的1751bp处,运用RT-PCR方法分析插入位点周围基因的表达,发现只有18srRNA的表达被激活,由此证实了18srRNA参与隐花色素介导的信号传导途径.

关键词：拟南芥隐花色素激活标签突变体 18s核糖体RNA

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隐花色素--生物磁感应蛋白

中国生物化学与分子生物学报 2014年第10期30卷 973-978页

作者：陈薇王晓明孙红宾中国科学院合肥物质科学研究院、强磁场科学中心合肥230031

地磁场影响着自然界的生命活动,候鸟、果蝇等就利用地磁场进行导航迁徙.研究表明,鸟类的视网膜中存在一种蛋白名为隐花色素,作为最可能的磁感应分子和光受体.该蛋白能够在光照条件下,产生自由基对,进行光化学转换.人体内也含有隐花色素... 详细信息

地磁场影响着自然界的生命活动,候鸟、果蝇等就利用地磁场进行导航迁徙.研究表明,鸟类的视网膜中存在一种蛋白名为隐花色素,作为最可能的磁感应分子和光受体.该蛋白能够在光照条件下,产生自由基对,进行光化学转换.人体内也含有隐花色素蛋白,该蛋白也具有磁感应潜能.本文从地磁感应现象入手,结合最新的研究进展,重点介绍了隐花色素的结构、分类、光反应机制,并且根据光依赖的自由基假说就鸟类感应地磁场这一现象进行了简要阐述,同时对隐花色素研究前景进行了探讨.

关键词：磁感应化学-光依赖的自由基假说隐花色素

隐花色素调节cAMP-PKA信号通路及其与疾病关系的研究现状

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生命科学 2020年第11期32卷 1198-1204页

作者：郑伟姚鹏程周志强徐蕾皖南医学院活性生物大分子研究安徽省重点实验室芜湖241002

隐花色素(cryptochrome, CRY)属于隐花色素/光裂解酶蛋白家族(CPF),与光裂解酶具有高度同源性。与光裂解酶不同的是,CRY在哺乳动物中主要起到调节生物钟的作用,并不具备修复紫外损伤DNA的功能。除了参与生物节律的调节外,CRY还可以调节c... 详细信息

隐花色素(cryptochrome, CRY)属于隐花色素/光裂解酶蛋白家族(CPF),与光裂解酶具有高度同源性。与光裂解酶不同的是,CRY在哺乳动物中主要起到调节生物钟的作用,并不具备修复紫外损伤DNA的功能。除了参与生物节律的调节外,CRY还可以调节cAMP-PKA (环磷酸腺苷-蛋白激酶A)信号通路,从而影响多种人类疾病,如炎症、肿瘤、代谢性疾病以及睡眠障碍性疾病的发展。近来,随着研究的深入,CRY在多种疾病中发挥的作用也受到更多人的关注。该文着重介绍CRY调节c AMP-PKA信号通路的作用机制,及其与肿瘤、糖代谢紊乱、炎症以及睡眠障碍等疾病的发生发展的关系。

关键词：隐花色素 cAMP-PKA信号通路肿瘤炎症糖代谢睡眠障碍

茶树隐花色素基因CsCRY1和CsCRY2的克隆及表达模式分析

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植物资源与环境学报 2020年第6期29卷 11-22页

作者：唐千惠王佳欣孙康曾亮吴致君西南大学食品科学学院重庆400715 西南大学食品科学与工程国家级实验教学示范中心重庆400715 西南大学茶叶研究所重庆400715

通过同源比对茶树〔Camellia sinensis(Linn.)Kuntze〕基因组和转录组数据,获得2个茶树隐花色素(CRY)基因。利用PCR克隆技术,从茶树品种‘福鼎大白茶’(‘Fuding Dabaicha’)中克隆得到这2个隐花色素基因,分别命名为CsCRY1和CsCRY2。采... 详细信息

通过同源比对茶树〔Camellia sinensis(Linn.)Kuntze〕基因组和转录组数据,获得2个茶树隐花色素(CRY)基因。利用PCR克隆技术,从茶树品种‘福鼎大白茶’(‘Fuding Dabaicha’)中克隆得到这2个隐花色素基因,分别命名为CsCRY1和CsCRY2。采用生物信息学方法,对茶树CsCRY1和CsCRY2基因编码蛋白的结构域、系统进化关系、二级结构和PHR结构域的三级结构进行分析,对CsCRY1和CsCRY2基因的启动子顺式作用元件及其功能进行了预测分析。结果显示:茶树CsCRY1基因开放阅读框长度为2055 bp,编码684个氨基酸;CsCRY2基因开放阅读框长度为1944 bp,编码647个氨基酸;CsCRY1和CsCRY2蛋白均在N端含有保守的PHR结构域,在C端含有保守的CCE结构域,这2个结构域在拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕中具有传导蓝光信号的功能。系统进化分析结果显示:CsCRY1和CsCRY2蛋白属于Plant CRY类隐花色素,其进化树分支距离与同目(杜鹃花目)植物滇山茶(Camellia reticulata Lindl.)和中华猕猴桃(Actinidia chinensis Planch.)较近,与单子叶植物距离较远。CsCRY1和CsCRY2基因的启动子顺式作用元件与光照和激素条件密切相关。实时荧光定量PCR分析结果显示:茶树根中CsCRY1和CsCRY2基因的相对表达水平最高,其后依次为叶、花、茎;蓝光能显著诱导CsCRY1和CsCRY2基因上调表达;0.1 mmol·L^-1脱落酸(ABA)以及1.0 mmol·L^-1吲哚乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA3)均能刺激CsCRY1和CsCRY2基因上调表达。研究结果显示:茶树CsCRY1和CsCRY2基因可能在组织发育、蓝光信号传导和激素调控中发挥重要作用。

关键词：茶树隐花色素 CsCRY1基因 CsCRY2基因表达模式

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动物隐花色素研究进展

遗传 2014年第9期36卷 864-870页

作者：吕垣澄吴晓晖复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室及发育与疾病国际联合研究中心、遗传与发育协同创新中心上海200433

动物隐花色素(Cryptochrome)分为I型和II型,对生物钟的调控作用广为人知。I型隐花色素可以感受光信号而介导转录抑制物降解,II型隐花色素不需感受光而直接充当转录抑制物。近期研究发现,动物隐花色素还参与免疫应答和糖代谢,并为果蝇等... 详细信息

动物隐花色素(Cryptochrome)分为I型和II型,对生物钟的调控作用广为人知。I型隐花色素可以感受光信号而介导转录抑制物降解,II型隐花色素不需感受光而直接充当转录抑制物。近期研究发现,动物隐花色素还参与免疫应答和糖代谢,并为果蝇等动物光信号诱导的化学磁感知所必需。对动物隐花色素的进一步研究将增加对动物感知磁场过程的了解,也将帮助开发针对糖尿病等疾病的干预方法。文章重点综述了动物隐花色素的克隆与表达、结构特征、生理功能及作用机制,为这一领域的研究提供参考。

关键词：动物隐花色素生物钟化学磁感知

金针菇光受体隐花色素Ffcry基因的鉴定及其表达模式

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菌物学报 2022年第6期41卷 962-970页

作者：许畅罗兴超张豪邱卓涵李晓宇蔡建法赖媛丽李慧陶永新福建农林大学园艺学院福建福州350002 福建农林大学生命科学学院菌物研究中心福建福州350002 河北省农林科学院经济作物研究所河北石家庄050051

光照对金针菇生长发育及形态建成有重要作用。光受体隐花色素(cryptochrome)是响应光信号的主要受体之一。本研究首先鉴定了黄色金针菇FL19隐花色素基因Ffcry的基因和蛋白结构,并对其启动子中的顺式作用元件进行预测,其中包含有3个光响... 详细信息

光照对金针菇生长发育及形态建成有重要作用。光受体隐花色素(cryptochrome)是响应光信号的主要受体之一。本研究首先鉴定了黄色金针菇FL19隐花色素基因Ffcry的基因和蛋白结构,并对其启动子中的顺式作用元件进行预测,其中包含有3个光响应元件。进一步对Ffcry基因在不同光照条件下的表达模式进行了系统研究,结果显示Ffcry基因在蓝光下表达量显著高于黑暗以及其他波长的光照条件;蓝光强度则在光通量为10μmol/(m;·s)时Ffcry表达量最高,且Ffcry在蓝光照射20 min后逐渐上调表达,在180 min后表达量趋于稳定。最后,检测金针菇子实体不同发育时期发现,Ffcry基因在幼菇期菌盖中表达量最高,其次是伸长期菌盖和成熟期菌盖。该研究为后续研究隐花色素的分子功能以及深入揭示金针菇的光形态建成奠定了基础。

关键词：隐花色素金针菇启动子表达模式

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隐花色素模型化合物的合成与性能研究

隐花色素模型化合物的合成与性能研究

作者：郭锦平国防科技大学

学位级别：硕士

磁感应是生物感应能力中最富有争议的一种,人们已经发现50多种生物可以利用地磁场定向导航。在基于自由基对反应的化学磁罗盘模型下,隐花色素是目前唯一被提出的生物磁感应分子,多年来人们已在这方面开展了大量研究。然而,由于生物环境... 详细信息

磁感应是生物感应能力中最富有争议的一种,人们已经发现50多种生物可以利用地磁场定向导航。在基于自由基对反应的化学磁罗盘模型下,隐花色素是目前唯一被提出的生物磁感应分子,多年来人们已在这方面开展了大量研究。然而,由于生物环境复杂,隐花色素蛋白表达量少、稳定性差且不易改造,直接以隐花色素为对象开展研究非常困难。为了解决隐花色素蛋白不宜用的问题,人们尝试使用各种替代系统开展研究。模型化合物是开展光化学研究的重要手段,本课题组设计合成的隐花色素模型化合物黄素-色氨酸二联体F10T已被证明是一种优秀的隐花色素模型化合物。然而,化合物F10T在合成时还存在产率低、部分合成步骤复杂的问题,限制了F10T的广泛使用。同时,作为隐花色素模型化合物,单个F10T还显得太过单一,要合成出系列模型化合物才能满足对隐花色素磁感应机理研究的需求。本文首先重新设计了隐花色素模型化合物F10T的合成方案。在肽缩合步骤上筛选了合适的缩合剂,将产率提高到77.1%;通过Pd/C-甲酸铵催化转氢反应进行氨基脱保护,避免了由使用高压氢气造成的安全与技术问题,操作简单,反应迅速;在合成甲酰甲基黄素时分两步反应,稳定可靠地合成了甲酰甲基黄素。新的合成方案成功得到了模型化合物F10T,并把总合成产率从3%提高到7.3%。其次,本文在模型化合物F10T的基础上,选用不同碳链长度的间隔臂设计合成了新的系列模型化合物F3T,F8T和F9T,总合成产率均在7%左右。最后,本文对系列模型化合物进行了光化学性能和分子结构的研究。紫外可见光谱发现,系列模型化合物的黄素、色氨酸组分保持相对独立,具有超分子特性,在不同溶剂中有不同的分子构象。模型化合物光稳定性差,其光解反应在水溶液中具有零级反应特征,在甲醇中具有一级反应特征。通过分析模型化合物的分子轨道,本文在理论上解释了隐花色素模型化合物发生从色氨酸组分到黄素组分的光诱导电子转移反应。本文合成的隐花色素系列模型化合物为隐花色素磁感应机理研究提供了可靠的替代研究体系,也有望在生物磁感应仿生应用上发挥作用。

关键词：隐花色素生物磁感应模型化合物合成

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隐花色素对矿质元素吸收的影响

隐花色素对矿质元素吸收的影响

作者：俞竞湖南大学

学位级别：硕士

光作为主要的环境因子,不仅为植物提供能量,而且对触发植物形态变化、质体分化、新陈代谢等生理活动起着重要的作用。目前而言,植物体内接受光信号的受体分为4种类型:光敏色素、向光色素、超级色素和隐花色素。隐花色素(cryptochrome)... 详细信息

光作为主要的环境因子,不仅为植物提供能量,而且对触发植物形态变化、质体分化、新陈代谢等生理活动起着重要的作用。目前而言,植物体内接受光信号的受体分为4种类型:光敏色素、向光色素、超级色素和隐花色素。隐花色素(cryptochrome)是植物感受蓝光的光受体,它介导蓝光调节植物的光形态建成反应,如抑制茎的伸长、调节昼夜节律、激活基因转录和调节开花等。同时,矿质元素也对植物生长发育起着重要的作用。因此,研究光质对蓝光受体突变体的矿质元元素吸收的调控机制,对进一步了解光形态建成及光质效应有重要意义。为了研究不同光质及黑暗下隐花色素对拟南芥矿质元素吸收的影响,我们以模式植物拟南芥Col-4,cry1,cry2,cry1cry2作为研究对象,利用ICP-AES对不同光照处理及黑暗下的11种矿质元素含量的进行检测。蓝光下的Col-4,cry1,cry2,cry1cry2矿质元素含量检测结果表明:幼苗期,CRY1和CRY2的缺失对Ca、Na、S、Fe和Cu的吸收起促进作用;CRY1的单缺失对B、Mg、P和Mn的吸收起抑制作用,CRY2的单缺失对B、Mg、P和Mn的吸收起促进作用;CRY1和CRY2的缺失对Zn的吸收起抑制作用。同时我们也发现红光下四种材料的矿质元素含量也存在着很大的差异,CRY1和CRY2的缺失对Ca和Zn的吸收起促进作用;CRY1和CRY2的缺失对P、Mg、S、Fe、Mn、B、Cu的吸收抑制作用;此外CRY1的缺失对Na吸收起抑制作用,而CRY2单的缺失对Na的吸收起促进作用;同时CRY1和CRY2的单缺失对K的吸收起促进作用。白光下的Col-4,cry1,cry2,cry1cry2的矿质元素检测结果显示:CRY1和CRY2的缺失对K的吸收起抑制作用;CRY1的单缺失对Ca、B和Zn的吸收可能起抑制作用,而白光下CRY2的缺失对Ca、B和Zn吸收起促进作用;CRY1的缺失对P和Fe的吸收起促进作用,而CRY1的缺失对S和Mn的吸收起抑制作用;CRY1和CRY2的缺失对Mg、Cu和Na的吸收起抑制作用。此外我们也对黑暗下的四种材料的矿质元素含量进行了检测,结果表明CRY1和CRY2的缺失对K、Na、Fe、B和Cu元素的吸收可能起抑制作用;CRY1和CRY2的单缺失对Ca元素吸收的抑制作用较为明显,而CRY1的单缺失对P、Mg、S的吸收起抑制作用;CRY1和CRY2的缺失对Zn的吸收起促进作用。为了更深入的研究蓝光受体CRY1,CRY2对钾元素吸收的影响,我们以拟南芥野生型Col-4和蓝光受体突变体cry1,cry2和cry1cry2为材料在蓝光下进行缺K+处理,发现cry1cry2的下胚轴及根的伸长受抑制程度最大。经过对K+充足条件下的Col-4,cry1,cry2和cry1cry2的钾元素含量和持水性检测,以及采用定量PCR对K+转运载体和离子通道相关基因如AKT1,AtKC1,AKUP1等表达水平的分析,结果表明cry1cry2的钾元素含量最高、持水性最低,且其K转运载体和离子通道相关基因的表达量也最高。该结果说明,蓝光下CRY1和CRY2的缺失对K的吸收起促进作用。

关键词：拟南芥隐花色素矿质元素钾元素