木质素生物合成及其基因调控的研究进展

木质素作为陆地上含量丰富的高分子有机物之一,对植物的结构与防御功能都具有重要作用。然而,它的存在也给制浆造纸工业,苎麻纺织工业及畜牧业生产带来负面影响。因此,对于木质素的生物合成途径及其基因调控的探索已成为研究热点。木质素的生物合成途径十分复杂,存在多基因、多途径的交互作用。利用基因工程技术调控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达可以降低木质素含量或者改变木质素组成成分,从而开发新型植物资源,从源头降低成本,减少污染。本文介绍了修订后的木质素生物合成途径,重点阐述其基因调控的研究成果。并针对应用到实际生产中存在的问题,在木质素调控基因的选择、多基因遗传操作、启动子的选择、转基因技术的选择等方面提出一些可行的建议。     

木质素生物合成关键酶咖啡酸-O-甲基转移酶基因(COMT)的研究进展

木质素是植物苯丙烷代谢途径的重要产物之一,其生物合成涉及到许多酶的参与。其中咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase,COMT)是木质素特异途径中的一个关键酶,可催化咖啡酸、5-羟基松柏醛和5-羟基松柏醇甲基化分别生成阿魏酸、芥子醛和芥子醇,参与S-木质素的合成。本文主要对COMT基因的特征、COMT在木质素生物合成中的作用及COMT基因对植物木质素合成调控的研究现状进行了综述,并对COMT基因的研究方法和在生产中的应用作了展望。     

植物肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)基因的研究进展

植物体内通过公共苯丙烷途径而进入木质素特异途径来合成木质素,这条代谢途径涉及到许多酶的参与,其中肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoAreductase,CCR)是木质素特异途径的第一个关键酶,可催化3种羟基肉桂酸的CoA酯的还原反应,生成相应的肉桂醛。因此人们认为此酶可能对木质素合成途径的碳流具有潜在的调控作用,对木质素单体的生物合成起着重要作用。本文主要综述了CCR在木质素生物合成途径中的地位、CCR的分布、酶的提取和基本特性、CCR基因的克隆进展、CCR基因的转录特点、CCR启动子研究情况、转基因植物中表达抑制CCR基因的生物学效应等,并展望了CCR基因研究对于植物木质素研究、植物抗病和抗逆性研究、作物品质改良以及植被保护研究的意义。     

木质素生物合成途径中关键酶基因的分子特征

本文主要对苯丙氨酸裂解酶（phenylalanine ammonia-lyase,PAL）基因、4-香豆酸辅酶A连接酶（4-coumarate-CoA ligase,4CL）基因、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD）基因、过氧化物酶（peroxidase,POX）基因、漆酶（laccase,LAC）基因、dirigent（DIR）蛋白基因等木质素生物合成途径中关键酶基因的克隆、表达、调控等研究进展进行综述,旨在揭示上述木质素生物合成途径中关键酶基因的分子特征,为通过转基因技术来调控植物体中木质素的含量及其化学组成从而得到改良的新植物资源提供思路。     

木质素生物合成关键酶基因的研究进展

木质素是木材中仅次于纤维素的主要成分,占木材干重15%～35%,影响造纸业的造纸工艺和纸张质量.利用基因工程技术调控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达可以降低木质素含量或者改变木质素成分,开发新型植物资源,从源头降低成本,减少污染.本文介绍了木质素合成的过程,木质素合成关键酶:苯丙氨酸氨解酶(PAL),咖啡酸/5-羟基阿魏酸-O-甲基转移酶(COMT),咖啡酰辅酶-A-O-甲基转移酶(CCoAOMT),阿魏酸-5-羟基化酶(F5H),肉桂酰CoA还原酶(CCR)和(肉桂醇脱氢酶)CAD并统计了在GenBank中注册的木质素合成酶关键基因,论文最后就利用基因工程在改良木质素含量中的应用概况和前景做了讨论.     

木质素生物合成代谢中的酶学研究进展

目前认为木质素是由多种简单的苯丙烷及其衍生物经聚合形成的复杂的聚合物,由羟基肉桂醇的衍生物——木质醇氧化聚合而形成的。根据近年来木质素研究领域的最新进展,重点介绍了木质素的苯丙烷代谢途径中一些重要的酶的遗传操作,如PAL、C4H和COMT等,简单描述了部分酶的细胞和亚细胞定位,概括了木质素生物合成的酶学研究中存在的问题和前景。     

植物黄酮醇生物合成及功能研究进展

本研究旨在为通过遗传途径改良植物黄酮醇生物合成、植物生长发育及作物抗性提供重要的理论基础。本研究论述了黄酮醇基本生物合成途径,概括了黄酮醇类物质生物合成关键酶及其作用,归纳了黄酮醇类物质在生物合成转录水平上的调控,总结了植物中黄酮醇类物质的生物学功能,包括黄酮醇类物质在植物生长发育中的调节作用、黄酮醇类物质调控植物非生物胁迫反应以及在植物防御反应中的作用。最后对植物黄酮醇类物质的研究方向进行了展望。     

吲哚乙酸生物合成及其结合物水解的研究进展

吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)是自然界中最广泛存在的生长素之一,在植物的生长发育过程中具有极为重要的调节作用。本研究从IAA的生物合成和IAA结合物水解2个方面来阐述植物中控制IAA水平的多条途径,介绍了依赖色氨酸、不依赖色氨酸以及二者共存的IAA生物合成途径和IAA结合物的水解等方面的研究进展,指出进一步研究的关键点是控制多条途径转换的枢纽。     

小麦Ta4CL1基因的克隆及其在促进转基因拟南芥生长和木质素沉积中的功能

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL; EC 6.2.1.12)位于苯丙烷途径分支点的上游,是苯丙烷代谢途径的核心酶,可产生木质素、黄酮类等化合物,这些化合物对植物的生长发育及环境适应性均具有重要作用。在双子叶植物中,有关4CL的研究较多,而在单子叶植物尤其是作物中的研究相对较少。本研究利用RACE技术从普通小麦中克隆了一个4CL基因Ta4CL1。系统发育分析表明,Ta4CL1与水稻、玉米和高粱等植物中在木质素合成中具有重要作用的4CLs聚成一类;利用Ta4CL1过表达、拟南芥4CLs突变体at4cl1、at4cl3和at4cl14cl3及其功能回复株系进行的分析表明,Ta4CL1与At4CL1功能相似,在植物木质素合成中具有重要作用,但未参与黄酮类化合物生物合成的调控过程;Ta4CL1是转基因拟南芥中4CL酶活性的主要贡献者。过表达Ta4CL1的转基因拟南芥叶片增大、茎更粗; Ta4CL1的表达还受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonic acid, MeJA)、赤霉素(Gibberellin, GA)和生长素(Indoleacetic acid, IAA)等激素处理的影响。本研究为利用...     

植物花青素生物合成相关基因研究进展

综述了植物花青素基因的研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径,生物合成途径中关键酶基因的分离克隆及应用,为今后进一步研究花青素提供参考借鉴.     

小麦茎秆木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒性不同的6个小麦品种为材料,观测了茎秆基部第二节间的木质素含量及苯丙氨酸转氨酶(PAL)、酪氨酸解氨酶(TAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和4-香豆酸: CoA连接酶(4CL)活性以及不同时期茎秆抗折力和倒伏指数的变化,探讨木质素含量与抗倒伏能力的关系。不同小麦品种的茎秆木质素含量存在明显差异。茎秆抗折力大、倒伏指数小的品种(济麦20和济麦22),其茎秆木质素含量高,PAL、TAL、CAD和4CL活性强。相关分析表明,茎秆木质素含量与实际倒伏率呈显著负相关(r = -0.83, P<0.05);与抗折力呈显著正相关(r = 0.86, P<0.05);PAL、TAL和CAD活性与木质素含量呈显著正相关(r =0.78, 0.77, 0.85, P<0.05),4CL活性与木质素含量呈不显著正相关(r =0.39, P>0.05)。研究表明,较高的PAL和CAD活性是木质素含量高的酶学基础,茎秆木质素含量可作为小麦品种抗倒伏性评价的一个重要指标。     

Genetic and genomic approaches for improving biofuel production from maize

Grasses, which are currently at the basis of cattle feeding, will, in the near future, be a major source of cell wall carbohydrates for sustainable biofuel production. The association of lignins with other matrix components, together with linkages between cell wall carbohydrates, greatly influences cell wall properties, including the degradability of structural polysaccharides by micro-organisms in animal rumen or industrial fermenters. The improvement in biofuel production from plants is based on the understanding of the cell wall composition and assembly, and on the discovery of genetic and genomic mechanisms involved in each component biosynthesis and their depositions in each lignified tissue. While nearly 40 QTL have been shown for lignin content, only seven locations appeared of greater importance in investigated genetic resources. Expression studies highlighted that several genes in the lignin pathway are less expressed in lines with higher cell wall degradability. However, only a few lignin pathway genes mapped in QTL positions, and the fully relevant candidates might be genes involved in regulation of lignin pathway genes, or in regulation of lignified tissue assembly.     

碱性双氧水处理对玉米秸秆营养价值的影响

用 1 % ,4% ,8% ,1 2 5 % 4种浓度的碱性双氧水处理玉米秸秆。研究表明碱性双氧水处理显著改变秸秆NDF和半纤维素含量 (P <0 0 5) ,极显著改变秸秆纤维素、ADF和木质素含量 (P <0 0 1 )。羊粪液替代瘤胃液作两级离体消化试验结果表明 ,秸秆干物质消化率得到显著提高 (P<0 0 5)。8%浓度的碱性双氧水处理 ,使秸秆木质素含量降低 46 43% (5 85 %vs1 0 92 % ) ,干物质消化率提高 1 1 1 93 % (2 8 42 %vs1 3 41 % ) ,对提高秸秆营养价值最有效     

灌溉处理对苜蓿木质素单体分布影响的研究

为给苜蓿品质改良提供科学依据,选用‘新牧1 号’杂花苜蓿为试验材料,采用组织化学染色方法研究灌溉量对苜蓿茎木质素单体分布的影响。结果表明随灌溉量增加,株高和节数呈递增趋势;灌溉量对苜蓿茎木质素单体厚度和比例具有显著影响,750 m3/hm2灌溉量较其他灌溉处理有较多的木质素单体分布;2种木质素单体分布范围存在显著差异,S木质素单体厚度和比例均高于G木质素单体。     

竹笋贮藏过程中木质素变化以及调控研究现状

对竹笋木质素合成的基本情况调查发现,竹笋中木质素是导致竹笋老化及影响其品质的重要原因,同时对竹笋采后贮藏过程中木质素变化及调控研究也作一阐述.     

武陵山区烤烟上部叶片纤维素、木质素含量与质量指标间相关性研究

为研究烤烟上部叶片中纤维素、木质素的含量及其与烟叶质量指标间相关关系,以武陵山区7个县2011—2012年的48个B2F烤烟样品为材料,测定了烟叶中纤维素、木质素的含量,分析了不同年份及品种间的差异。同时,对烟叶纤维素、木质素含量与外观质量、物理特性、常规化学成分、感官质量指标间的相关性进行了研究。结果表明,纤维素、木质素含量在年份、品种间没有显著差异;纤维素含量与外观质量、物理指标、常规化学成分、感官质量中部分指标的相关性呈显著水平;木质素含量与灰色、油分间相关性显著,与其他烟叶质量指标相关性不显著。可见,纤维素、木质素含量在不同年份及品种间差异不显著,纤维素含量与烟叶质量指标间关系密切,木质素含量对烟叶质量影响较小。     

水杨酸诱导辣椒抗疫病生化机制的研究

对水杨酸（SA）处理及其挑战接种辣椒疫霉菌的4个抗性不同的辣椒品系体内木质素含量和多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的测定结果表明：SA诱导的供试品系与未经诱导的相同品系相比,木质素含量增高,PPO、POD、PAL活性增强,其中木质素的含量与抗病性呈显著正相关;挑战接种后两者相比,SA处理的供试材料的木质素含量和PPO、POD、PAL活性的增强幅度更大,其中抗、耐病品系的增加早且增加幅度高于感病、高感品系。值得注意的是,经SA诱导的各供试品系接种后木质素含量与抗病性也呈显著相关。木质素含量与相关酶活性的上述变化趋势与SA对各品系的诱抗效果完全吻合。     

无机营养元素对小麦秸秆降解菌降解效果的影响

为了研究不同无机营养元素对秸秆降解菌株降解效果的影响,对8种大量元素和微量元素的无机盐进行单因素、多因素组合摇瓶试验,以确定2种降解菌降解小麦秸秆的最佳无机营养条件,并进一步对其在不同pH和时间内的降解效果进行探究。结果表明：菌株DG75B的最佳无机营养元素及用量为Ca 0.005%、Mg 0.015%、Mn 0.0005%、Fe 0.0005%、Mo 0.0005%,在最佳无机营养条件培养下,接种处理5天小麦秸秆失重率达到40.59%,比对照CK高10.29%,最适降解秸秆的pH 6~7左右。菌株LYZ22的最佳无机营养及用量为Ca 0.01%、Mg 0.03%,最适pH 6左右,摇瓶条件下,秸秆失重率及其各组分变化均为先缓慢后加速,在40天内处理TE_strain全秸秆失重率达到43.19%,比T_strain提高了16.07%,秸秆纤维素、半纤维素和木质素降解率分别是43.18%、54.77%、22.96%,与T_strain相比分别提高了17.29%、15.36%、11.28%。盆钵条件下,秸秆失重率及其各组分变化为先快后慢,60天内TE_strain全秸秆失重率为48.48%,比T_strain提高21.88%,秸秆纤维素、半纤维素和木质素降解率分别是48.27%、51.41%、13.83%,与T_strain相比分别提高了17.95%、26.52%、15.81%。     

碱处理对甜高粱秸秆渣组成结构及酶解糖化效果的影响

以甜高粱品种M81为试验材料,以清洗烘干后未经处理的甜高粱渣为对照,在常温、高温高压、微波条件下Ca(OH)₂和常温条件下NaOH处理甜高粱秸秆渣,调查处理后甜高粱秸秆渣木质纤维素组成结构及纤维素酶酶解糖化情况。结果表明,采用的4种处理都能有效地改变甜高粱渣木质纤维素组成结构,其中氢氧化钠常温长时间处理对于木质素与半纤维素的溶降效果最好,3种石灰处理对半纤维素的溶解也均有一定作用。扫描电镜观察石灰高温高压与氢氧化钠常温两种处理对于木质纤维素结构的改变不同,前者木质纤维素表层木质素结构被侵蚀严重,呈破碎状附着在纤维素表面,内部纤维结构仍紧密排列,后者木质纤维素束状结构溶胀降解,表层木质素成分被大量去除,被包裹的纤维素组分显露,纤维素网断裂且纤维素表面出现许多小孔。经这4种方式处理后的甜高粱渣,木质纤维素中纤维素与半纤维素经纤维素酶酶解糖化,葡萄糖和木糖产物浓度都有所提高,分别达到对照的1.5、2.1、1.9、4.2倍和3.1、5.0、4.9、2.4倍;木质纤维素纤维组分的直接转化率与相对转化率的含义与计算方法不同,两种计算方式对于甜高粱木质纤维素生物质原料预处理方式的选择和效果的综合评价具有指导意义。