香蕉SPS基因家族的系统进化分析

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控蔗糖合成途径的关键酶之一,SPS受SPS基因家族编码。本研究基于香蕉基因组数据库,鉴定出3个香蕉SPS基因,分布在4、6、9号染色体上,命名为MaSPS1～MaSPS3基因,其蛋白氨基酸数目在1 043～1 061 aa之间,分子量介于116.36～118.89 kD之间,理论等电点在5.86～6.33之间,均为不稳定的亲水性蛋白,都不存在信号肽,蛋白二级结构都主要由α-螺旋和无规则卷曲组成。Ma SPS1和MaSPS2蛋白主要分布于细胞质,而MaSPS3蛋白主要分布于细胞核,都不存在跨膜结构区。3个MaSPS基因外显子和内含子数量分别为13～14和12～13。3个MaSPS蛋白均有10个相同基序,且都具有糖基转移酶结构域、蔗糖合成酶结构域和蔗糖-6-磷酸磷酸水解酶等3个保守区域。进化树分析发现MaSPS1和Ma SPS3聚类到A亚家族,MaSPS2被聚类到C亚家族。研究结果将为深入研究MaSPS基因的功能及调控香蕉果实发育和成熟过程中糖代谢奠定基础。     

蔗糖代谢中蔗糖磷酸合成酶(SPS)的研究进展

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)参与植物的生长发育,而植物生长发育所需要的光合产物大部分以蔗糖的形式供应和运输,其中蔗糖磷酸合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。本文综述了蔗糖磷酸合成酶生物学功能,基因表达调控及进化,SPS基因的克隆及遗传转化植株的表现;并进一步对蔗糖磷酸合成酶的研究作出设想。     

植物蔗糖合酶家族基因鉴定及序列和进化分析

蔗糖合酶(SUS)是植物中广泛存在的一种糖基转移酶,而蔗糖磷酸合成酶(SPS)是高等植物体内控制蔗糖合成的关键酶之一。对于SUS与SPS是否来自同一源头,其序列是否存在同源区域,以及其进化路径等,尚未见相关报道。本研究针对这两个酶的基因序列,鉴定得到其保守结构域,在此基础上对相关基因进行了全面鉴定,从而构建了其进化树。从序列上看,这两种酶(SUS,SPS)具有一定的同源性。通过结构域鉴定,SPS1基因的蛋白序列中鉴定得到3个结构域,而从SUS1中鉴定得到2个结构域;由以上结果可知,SUS和SPS属于同一基因家族。通过进化树构建,SUS、SPS家族的基因聚成了两个显著独立枝。因此,SUS、SPS分别属于一个独立的亚家族。本研究为植物糖代谢相关研究提供了基因靶标,为蔗糖代谢和转运相关基因进化机制的研究提供了基础。     

甜菜蔗糖代谢两种相关酶的活性变化及其相互关系

为了研究不同类型甜菜品种蔗糖代谢能力存在明显差异的生理机制,以糖用甜菜(高糖)和饲用甜菜(丰产)为试验对象,测定了不同生育阶段叶片、叶柄和块根中的蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性。结果表明:叶片、叶柄和块根中存在蔗糖合成与降解过程,不同类型甜菜在生长期蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性存在差别,同一品种不同部位,块根中蔗糖的代谢强度高于叶片和叶柄,糖用甜菜两种酶活性高于饲用甜菜,蔗糖代谢相关酶活性差异是品种特性,可用于甜菜的选种实践。     

冬小麦旗叶蔗糖和籽粒淀粉合成动态及与其有关的酶活性的研究

鲁麦22和鲁麦14相比,旗叶的光合能力强,蔗糖含量高,催化蔗糖合成的磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性高;籽粒中蔗糖供应充足,降解蔗糖的蔗糖合成酶(SS)活性高;与淀粉合成有关的酶:腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG-PPase)、游离态(或可溶性)淀粉合成酶(S-STS)和束缚态淀粉合成酶(B-STS)均有较高的活性,这是其粒重高的原因.通过对两个品     

高品质陆地棉蔗糖代谢关键酶活性对纤维品质形成的影响

以高品质陆地棉鲁324系(324)、渝棉1号(YM-1)和普通陆地棉鲁棉研18 (L18)为材料, 研究蔗糖代谢关键酶活性变化对纤维品质形成的影响。结果表明, 高品质陆地棉叶片蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthetase, SPS)活性高, 蔗糖合成能力强, 主茎叶和果枝叶蔗糖含量高, 蔗糖供应能力强。Logistic方程模拟纤维素累积过程, 高品质陆地棉纤维素进入快速累积期的时间晚, 终止期延后, 快速累积持续期长, 累积速率平缓, 最终纤维素含量高, 纤维比强度高。在纤维发育前期, 高品质陆地棉蔗糖贮存较多, 为次生壁发育提供了充足的初始底物。高品质陆地棉蔗糖合成酶(sucrose synthetase, SS)活性高, 降解蔗糖能力强, 酶活性迅速增加时期与纤维素快速累积期相吻合; SPS活性在纤维素快速累积期终止前均明显高于普通陆地棉。叶片SPS活性和棉纤维中SS、SPS活性与纤维素累积及纤维品质形成有密切关系。     

植物磷酸蔗糖磷酸酶家族基因鉴定及序列和进化分析

磷酸蔗糖磷酸酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成途径中的关键酶;二磷酸尿苷葡萄糖和6-磷酸果糖为底物,蔗糖磷酸合成酶催化生成磷酸蔗糖,磷酸蔗糖在磷酸蔗糖磷酸酶作用下水解形成蔗糖。为了系统梳理SPP在植物基因组中的状况,我们对SPP基因进行了全面的挖掘、鉴定和进化分析,并重点分析该基因在番茄中的表达。首先,针对SPP的基因序列,挖掘得到2个蛋白结构域;其次,对该基因进行全面鉴定,构建其进化树,可发现SPP是从高等植物开始登陆的;最后,将番茄CDS序列比对到各探针,从数据库中提取组织中的表达数据,表明野生型番茄的表达量较高。本研究为磷酸蔗糖磷酸酶提供了基因信息,为植物中蔗糖合成途径的作用机理及其进化机制提供了基础研究。     

不同类型小麦品种灌浆期蔗糖代谢关键酶的活性变化

测定池栽条件下小麦强筋品种藁城8901、中筋品种豫麦49号和弱筋品种洛麦1号灌浆期旗叶、旗叶鞘、穗茎、籽粒中蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)活性变化的结果表明,3种不同类型小麦品种灌浆期旗叶、旗叶鞘、穗茎、籽粒中SPS和SS活性变化均呈单峰曲线。豫麦49号旗叶、旗叶鞘和籽粒中SPS酶活性较高,而洛麦1号穗茎中SPS酶活性较高。豫麦49号的旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中SS活性高于其他两品种,表明豫麦49号和洛麦1号营养器官和籽粒中蔗糖合成和降解代谢比较活跃。     

辣椒蔗糖磷酸合成酶和磷酸蔗糖磷酸酶基因家族鉴定及表达

蔗糖磷酸合成酶(SPS)和磷酸蔗糖磷酸酶(SPP)是植物蔗糖合成的重要酶,在调控蔗糖合成及其积累等方面有重要作用。辣椒基因组测序的完成及转录组数据的公布为鉴定和探究辣椒SPS和SPP基因的多样性提供了机会。本研究利用生物信息学方法对辣椒SPS和SPP基因进行鉴定,并从染色体定位、系统发育关系和表达模式分析其特征。结果发现,两个辣椒共含有4个SPS和SPP基因,每个辣椒种均编码2个成员,SPS编码的氨基酸长度和分子量约是SPP的2倍,等电点范围6.12～8.16和5.96～6.26之间。染色体定位发现辣椒SPS和SPP基因均定位在不同的染色体上。系统发育树的构建来自7个物种,结果表明SPS和SPP都可以分为4个亚族。表达谱分析显示,基因呈现差异表达,其中Ca-LZSPS1和Ca-LZSPP2呈现广谱性表达;进一步研究发现,SPS和SPP基因都受到3种激素(ABA, IAA, SA)不同程度的诱导;此外,在逆境胁迫下,辣椒SPS相比SPP更容易受到环境诱导,而SPP基因则在叶中主要参与热调控机制,在根中更多的参与冷调控机制。这些结果阐明了辣椒SPS和SPP基因的表达特性,为进一步研究辣椒中蔗糖的合成与积累提供理论依据。     

弱光对不同生态型黄瓜幼苗光合速率及蔗糖代谢相关酶活性的影响

采用弱光敏感型S404和耐弱光S1两种不同生态型黄瓜自交系,在人工气候室内,研究了弱光对黄瓜幼苗糖代谢相关酶活性的影响,以期了解黄瓜苗期弱光响应的生理机制.结果表明,弱光处理可使黄瓜幼苗叶片净光合速率(Pn)、多糖含量、酸性转化酶(SAI)、中性转化酶(NI)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性下降.随着...     

甜高粱与粒用高粱茎秆生长过程中糖及其代谢相关酶活性的比较

以粒用高粱和甜高粱为材料,对甜高粱与粒用高梁不同时期茎秆的可溶性糖含量、蔗糖含量、果糖含量及SS、SPS酶活力进行比较,结果表明:茎秆中的可溶性糖含量、果糖含量在完熟期甜高粱高于粒用高粱,乳熟期茎秆中蔗糖含量甜高粱高于粒用高粱;两种高粱类型的SPS酶活力变化趋势基本相似,从乳熟期到完熟期粒用高粱茎秆中的SPS酶活力明显增高,SS酶活力在粒用高粱茎秆中随生育期呈上升趋势,甜高粱茎秆中SS酶活力到乳熟期达到最大,明显高于粒用高粱.对糖含量与其相关代谢酶活力的相关性分析表明:甜高粱茎秆中利用SPS酶合成蔗糖的效率要高于粒用高粱;两种类型高粱的SS酶活力与其茎秆中的果糖含量存在明显差异,SS的作用模式不同.     

甜高粱蔗糖合酶表达与蔗糖积累的相关分析

以甜高粱为原料生产酒精是一种有潜力的生物能源途径,了解甜高粱蔗糖积累机理对生物能源开发具有重要意义。以两个甜高粱品种为材料,利用Western blotting技术检测高粱叶片和茎秆中蔗糖合酶(Sucrose Synthase, SS)的表达,分析其与蔗糖积累的相关性。结果表明,甜高粱叶片和茎秆中的SS蛋白质表达量在发育早期(拔节期、抽穗期)较低,发育后期(开花期、灌浆期和腊熟期)明显升高,在开花期最高。同2个普通高粱品种相比,在发育后期2个甜高粱品种叶片和茎秆中SS的表达明显增加,且与茎秆中的蔗糖积累相关,推测这是甜高粱与普通高粱蔗糖含量差异的重要原因。试验结果为选育甜高粱品种和提高茎秆蔗糖含量提供了一条可能的策略。     

喷施多效唑对甜高粱生长及生理特性的影响

为了研究多效唑对甜高粱生长发育与生理特性的影响,采用不同浓度的多效唑在苗期和抽穗期对甜高粱进行叶面喷施处理。结果表明,适宜浓度的多效唑处理可以有效提高甜高粱叶片的可溶性糖、叶绿素和可溶性蛋白质等的含量,显著增强了甜高粱叶片的蔗糖合成酶活性、蒸腾速率和净光合速率,有效降低了甜高粱的株高和茎长,而对茎秆的增粗有促进作用,从而提高了甜高粱的抗倒伏能力,最终使茎秆产量提高。多效唑比较适宜的使用浓度为0.75g/L。     

甜高粱茎秆贮存过程中蔗糖代谢及其相关酶活性的变化研究

为明确甜高粱茎秆贮存过程中蔗糖降解的关键酶,以期通过对蔗糖降解关键酶的分子调控解决甜高粱茎秆贮存过程中蔗糖易降解的难题。采用高效液相色谱法和酶学测定方法对3个品种甜高粱在采后75天贮藏期内,茎秆中的蔗糖、果糖、葡萄糖含量和可溶性酸性转化酶(SAI)、中性转化酶(NI)和蔗糖合成酶(SS)分解蔗糖的酶活性变化进行了测定。结果表明：在采后75天贮藏期内,‘辽甜1号’、‘辽甜4号’和‘辽甜6号’甜高粱的茎秆中,糖分降解迅速,总糖损失近一半,分别为68.2-31.9（g/100g干基）、43.0-18.1（g/100g干基）和59.6-25.3（g/100g干基）。3个品种果糖、葡萄糖和蔗糖含量呈总体下降趋势,并呈现贮藏期开始时糖分降低很快,而后缓慢降低的趋势。可溶性酸性转化酶活性在茎秆贮藏15天时增幅较大,而后以微小幅度持续增加,一直保持较高的酶活性。中性转化酶活性一直以微小幅度持续增加,酶活性较低,变化不大。蔗糖合成酶分解方向的活性则更低,且变化不大。这表明可溶性酸性转化酶可能与甜高粱茎秆贮存过程中蔗糖降解密切相关。     

Storage of Non-structural Carbohydrates in Sweet Sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench.]: Comparison of Sterile and Fertile Lines

The accumulation of soluble carbohydrates in vegetative parts of sweet sorghum ( Sorghum bicolor (L.) Moench.) represents an intermediate reserve pool for grain filling as well as an irreversible storage up to maturity. In order to study the effect of Sterility on soluble sugar accumulation in vegetative parts, two cytoplasmic male sterile (CMS) lines of sweet sorghum were compared with their corresponding fertile mamtainers for non-structural carbohydrate concentrations in shoots. Plants were harvested at four different physiological stages. The lines showed significant differences in the yield of non-structural carbohydrates. At maturity, the yields of soluble carbohydrates from vegetative parts of the two sterile lines were 93 % and 43 % higher than the yield of the two corresponding fertile lines. At that stage, sucrose represented about 80 % of total soluble carbohydrates and the higher yield of soluble carbohydrates of sterile lines was mainly due to the higher yield of sucrose. This indicates that the yield of extractable carbohydrates, especially sucrose, in vegetative parts of sweet sorghum could be considerably improved by using sterile lines which are utilized in hybrid production.     

花生蔗糖合酶基因AhSuSy的克隆和干旱胁迫表达分析

蔗糖合酶(sucrose synthase, SuSy)是蔗糖代谢途径中的关键酶, 在植物生长、发育和渗透调节过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆、RACE和TAIL-PCR相结合的方法从花生叶片中分离了蔗糖合酶基因, 命名为AhSuSy (GenBank登录号JF346233)。该基因cDNA序列全长2 790 bp, 包含一个2 421 bp的开放阅读框(ORF), 5′端非编码区57bp, 3¢端非编码区为312 bp。根据编码区预测AhSuSy编码806个氨基酸, 与大豆、拟南芥、玉米等植物中相关蛋白的氨基酸序列同源性达75%以上; 成功构建了该基因的原核表达载体pET32a-AhSuSy, 在IPTG诱导下得到92 kD左右的蛋白, 与理论值一致。半定量RT-PCR分析表明AhSuSy在花生根、茎、叶中均有表达。利用10%PEG模拟干旱处理花生幼苗, 分析胁迫后AhSuSy的转录水平, 同时测定蔗糖合酶活性和蔗糖含量, 发现三者均表现为处理后4~12 h逐渐升高, 相关性分析显示花生中蔗糖含量与蔗糖合酶活性的相关系数达0.993(P=0.007<0.01), 处理后12~24 h逐渐降低。推测该基因响应干旱调控, 在花生抗旱胁迫中可能起着一定的作用。     

小麦灌浆期蔗糖代谢关键酶活性变化及其与籽粒淀粉积累的关系

在池栽条件下,研究了藁城8901(强筋品种)、豫麦49(中筋品种)和洛麦1号(弱筋品种)小麦灌浆期旗叶、叶鞘、穗茎、籽粒蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)活性变化及其与淀粉及组分积累的关系。结果表明,其SPS和SS活性变化均呈单峰曲线。豫麦49旗叶、旗叶鞘和籽粒中及洛麦1号穗茎中SPS酶活性较高。豫麦49的旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中SS活性高于其他两品种,表明豫麦49和洛麦1号营养器官和籽粒中蔗糖合成和降解代谢比较活跃。相关分析表明,豫麦49和洛麦1号籽粒中淀粉和支链淀粉积累对SPS催化的蔗糖合成过程具有较强的反馈调节作用。豫麦49和洛麦1号籽粒中SS活性均与总淀粉与支链淀粉积累速率极显著正相关,而在藁城8901中无此相关性。     

中期喷施多效唑对甜高粱生长及生理特性的影响

为了研究中期喷施多效唑对甜高粱生长发育与生理特性的影响,本文采用不同浓度的多效唑在伸长期初期对甜高粱进行叶面喷施处理。结果表明,适宜浓度的多效唑处理可以有效的提高甜高粱叶片的可溶性糖、叶绿素、可溶性蛋白质等的含量,显著的增强了甜高粱叶片的蔗糖合成酶活性,对气孔导度、蒸腾速率和净光合速率有明显的增强效应,有效的降低了甜高粱的株高和茎长,而对茎杆的增粗有促进作用,从而提高了甜高粱的抗倒伏能力,最终使茎杆产量提高。多效唑比较适宜的使用浓度为0.75g/L。     

菜用大豆籽粒不同部位蔗糖积累及关键酶活性研究

田间种植可溶性糖含量不同的3个菜用大豆品种,在R5.5、R6、R6.2、R6.5和R7期取样,分析籽粒种皮、子叶和胚轴中蔗糖含量及4种关键酶活性动态,结果表明,籽粒不同部位蔗糖积累呈先增加后下降的趋势,R6.2期是高峰期,此时期品种台292、中科毛豆1号和品系121的胚轴蔗糖含量比子叶分别高57.6%、53.6%和44.2%;比种皮分别高71.6%、75.3%和73.6%。由于子叶干重占整粒重90%以上,因此整个籽粒的蔗糖含量主要由子叶决定。子叶的蔗糖磷酸合酶(SPS)活性高于胚轴和种皮,在R6.2期表现更加明显,且蔗糖含量高的品系121子叶中SPS活性高于另外2个品种;蔗糖合酶(SS)在籽粒形成期活性变化呈前期高于后期的趋势,最高值出现在灌浆前期R5.5期胚轴中;两种转化酶活性变化差异较大,中性转化酶(NI)活性一直呈不断下降趋势;籽粒不同部位NI活性无明显差异,而酸性转化酶(AI)活性差异较大;胚轴和子叶中AI活性明显低于种皮,且种皮中AI活性与种皮中蔗糖积累显著负相关(r=–0.59)。蔗糖积累与4种关键酶活性的相关分析发现,籽粒中蔗糖的含量并非受某一种酶绝对调控,SPS活性与SS+AI+NI活性总和之差与籽粒中蔗糖的积累显著正相关(r=0.53^**)。