极端环境下生存的生物,经过长期的适应及进化,其必然具有独特的抗性物质及代谢途径。腊梅能在低于冰点的低温条件下开花,预示着腊梅花中必含有使其适于在低温下生存的物质。LEA蛋白的超量表达可能与腊梅的低温抗性有关。利用本实验室已经构建好的腊梅花c DNA文库,成功克隆出了1个LEA基因。Cp LEA5(Gene bank登录号:KT727031)。随后将这个基因在原核和真核生物转化体系中表达,测定了表达出来的蛋白的抗冻活性。本实验通过低温对大肠杆菌阳性克隆菌株和野生型菌株进行处理,研究它们的生物活性以及细胞膜通透性。通过低温胁迫,阳性克隆菌株存活率比空载菌株高约20%。通过电导率测定,阳性克隆菌株细胞膜损伤程度仅为空载菌株的55%,阳性克隆菌株细胞膜完整性遭到破坏的程度比空载菌株小,说明Cp LEA5基因能提高表达宿主菌的抗低温能力。我们还构建了植物表达载体p TEV7::Cp LEA5,利用农杆菌介导转化技术对拟南芥进行遗传转化,并进行拟南芥阳性植株的筛选,得到预期的转Cp LEA5基因拟南芥并对其进行抗冻生物功能鉴定。在极端环境生长的微生物也具有抗性蛋白,使其在极短的环境下生长繁育.以本实验室筛选的一株极端嗜盐曲霉为材料,在本研究还探索了一种可在酵母菌中表现出高度抗盐(碱)性的嗜盐曲霉核糖体蛋白Ag RPS3a E。根据生物信息学分析的结果发现Ag RPS3a E基因编码一个29.2-k Da大小的核糖体蛋白的小亚基,这个核糖体蛋白属于真核细胞的核糖体蛋白RPS3Ae家族。为了更好地确定核糖体蛋白Ag RPS3a E的抗盐及抗干旱保护功能功能。我们分别在三个不同的转化体系中表达核糖体蛋白Ag RPS3a E基因,分别是丝状真菌稻瘟病菌Magnaporthe oryzae,及另外两种转基因模式植物烟草及拟南芥体系。通过在对所有供试的转化体中过量的表达核糖体蛋白质Ag RPS3a E基因,结果表明,与对照组相比,所有的转化体都明显地获得了更显著的抗盐性。由此可以说明核糖体蛋白Ag RPS3a E的功能不仅仅在真菌中得到表现,而且在植物中也能发挥其抗逆性作用。基于核糖体蛋白无论是在真核生物组织中,还是在原核生物组织中都是持家元件的方面考虑,本研究认为核糖体蛋白基因Ag RPS3a E是一个非常理想的能显著提高农作物耐高盐抗性的功能基因。极端环境生存生物抗性基因的发掘和利用,对于培育抗逆农作物新品种具有广阔的应用前景。在完成上述研究内容后,本人在密歇根大学留学期间,还对青菜花中的萝卜硫素进行了研究。萝卜硫苷是青菜花中主要的植物次生代谢物质,其与其水解产物萝卜硫素与植物抗虫、抗病等植物自我防御机制密切相关。萝卜硫素能在逆境胁迫条件下保护受损的植物细胞,对癌症也有化学预防作用。本研究根据研发的3种不同制备青菜花芽制剂方法,分别测定了其中硫代葡萄糖苷及萝卜硫素的含量。另外,比较这三种制剂在生物体内运输萝卜硫素的能力;研究了萝卜硫素的药物代谢动力学规律以及萝卜硫素和萝卜硫素谷胱甘肽在口服了青菜花芽制剂后的小鼠体内的组织分布状况。鲜制(FR)处理能避免硫代葡萄糖苷、ESP和芥子酶的流失。蒸制(ST)能保持硫代葡萄糖苷的高含量,但是使ESP和芥子酶会失活。两步的制备过程(先蒸制,再用芥子酶处理,SM)能使萝卜硫素保持高含量。并且对比了不同方法制备的三个青菜花幼芽制剂在体内运送萝卜硫素的能力,并通过给小鼠口服青菜花芽制剂来评价萝卜硫素和萝卜硫素-GSH偶联物的药代动力学和组织分布。在两步法制备的萝卜硫素幼芽制剂(SM制剂)中,萝卜硫素含量最高,比保留植物酶活性的冻干幼芽制剂(FR制剂)高10倍,比无植物酶活的冻干制剂(ST制剂)高4倍。三个制剂中,口服SM制剂产生的血浆效应最大,血浆萝卜硫素峰浓度分别是另外两个制剂的6倍和2.3倍,血药浓度的时间曲线下面积(AUC)是它们的7.9倍和2.2倍。口服ST制剂后,血浆萝卜硫苷含量大幅度增高,萝卜硫素浓度也有所增高,说明萝卜硫苷可经口服吸收、在肠道中不完全转化。单次口服SM、ST、FR制剂24 h后,经尿液排出的完整萝卜硫素分别是49.99%、78.96%和48.56%。这些资料可为开发食疗、药用性植物,及癌症化学预防中萝卜硫素剂量的选择提供参考。