功能基因组学和代谢组学技术在植物次生代谢物合成及调控研究中的应用

植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生. 萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性. 该文从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据.      

基于iTRAQ技术的采后乙烯利和1-甲基环丙烯处理对茭白线粒体蛋白质表达谱的影响

利用同位素标记相对和绝对定量(i TRAQ)标记结合二维液相色谱-串联质谱(2D-LC-MS/MS)技术,探索乙烯利(ETH)和1-甲基环丙烯(1-MCP)处理对茭白采后贮藏期间线粒体蛋白质表达谱的影响。共鉴定到1 908个特征肽段≥2的可信蛋白质,与贮藏0 d相比,对照、ETH和1-MCP处理的茭白贮藏3 d和6 d共有315个蛋白质具有2. 0倍以上显著差异(P0. 05)。基因本体(GO)分子功能分析和KEGG通路分析结果显示,茭白采后贮藏3d,代谢途径、次生代谢产物生物合成、氨基酸生物合成、抗菌物质生物合成、碳代谢、光合作用中的碳固定、2-酮酸代谢、精氨酸生物合成、α-亚麻酸代谢、二羧酸代谢相关蛋白质显著富集;贮藏6 d,光合作用中的碳固定、α-亚麻酸代谢和二羧酸代谢途径减弱,丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、缬氨酸-亮氨酸-异亮氨酸降解和磷酸戊糖途径相关蛋白质显著富集。ETH处理后贮藏3 d,氧化磷酸化以及甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢相关蛋白质显著富集;贮藏6 d,丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、磷酸戊糖途径以及苯丙氨酸-酪氨酸-色氨酸生物合成代谢途径相关蛋白质显著富集。1-MCP处理后贮藏3 d,三羧酸循环、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、缬氨酸-亮氨酸-异亮氨酸降解途径相关蛋白质显著富集;贮藏6 d,磷酸戊糖途径、C5支链二元酸代谢、缬氨酸-亮氨酸-异亮氨酸降解、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢途径相关蛋白质显著富集。以上结果表明,代谢途径、次生代谢产物生物合成、氨基酸生物合成、抗菌物质生物合成、碳代谢、光合作用中的碳固定、2-酮酸代谢、精氨酸生物合成、α-亚麻酸代谢和二羧酸代谢途径等可能与茭白采后衰老有关,三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、C5支链酸代谢及相关氨基酸代谢途径可能在茭白采后衰老中发挥重要作用。     

植物苯丙氨酸代谢相关酶基因启动子研究进展

苯丙氨酸代谢途径是植物重要的次生代谢途径,主要包括苯丙烷代谢途径和异黄酮合成代谢途径,其中每一步都由不同酶调控。启动子是基因的一个组成部分,控制基因表达（转录）的起始时间和表达程度。综述了苯丙氨酸代谢途径3种重要酶,即苯丙氨酸解氨酶、查尔酮合成酶和查尔酮异构酶基因启动子的研究进展。     

植物次生代谢合成途径及生物学意义

简述了植物次生代谢产物的类型、合成途径及其代谢调节,重点阐述了次生代谢产物在最近几年的的学科发展,论述了植物的次生代谢途径与其生物学功能之间的关系,从而加深了人们对次生代谢产物的认识,对其开发利用提供理论依据.     

代谢工程在异亮氨酸生产中的应用研究进展

微生物生物合成特定氨基酸的能力,取决于人们对目标氨基酸代谢途径的了解及调控。该文概述了代谢工程在L-异亮氨酸生产中的应用进展,分别从代谢途径分析、切断分支代谢流、增加前体物质和限速酶基因以及消除途径抑制因素等方面论述代谢工程在L-异亮氨酸生产方面的研究状况。     

果实香气物质的合成与代谢研究进展

香气是评价新鲜水果和果品加工产品品质的重要指标之一.水果中的香气物质包括脂肪酸、氨基酸和萜类等,它们分别通过脂肪酸代谢、氨基酸代谢和萜类合成等途径而合成.首先介绍了果实中香气物质的种类、脂肪酸代谢途径、氨基酸代谢途径和萜类合成途径等香气物质合成途径,并全面地综述有关香气物质的提取和检测技术、影响水果香气物质形成的采前因素和采后贮藏加工工艺条件对香气物质形成的影响、香气合成的生理与分子生物学基础、贮藏期间果实香气形成相关基因的表达调控等方面的研究进展.最后,提出了对果品香气物质的研究展望.     

库尔勒香梨果实发育成熟的糖代谢和呼吸代谢响应特征

【目的】通过对库尔勒香梨果实发育及成熟过程果实糖代谢和呼吸代谢响应特征的研究,以探讨代谢互作对果实糖分动态积累的作用。【方法】花后60—150 d,每隔10 d取香梨样果,测定果肉、果心和果皮的质量,纵横径,淀粉及4种可溶性糖组分含量,不同途径呼吸速率,12种糖代谢酶与9种呼吸代谢酶活性的变化。通过回归分析、分阶聚类和主成分分析,确定果实发育及成熟不同阶段的质量与糖分的关系,呼吸主路径、代谢酶聚类关系对糖分构成的影响,以此讨论和构建香梨果实糖代谢和呼吸代谢的关联路径及不同部位的代谢特征。【结果】果心以糖酵解为呼吸主路径,果肉的糖酵解与三羧酸循环交替构成呼吸主路径,果皮呼吸主路径由糖酵解和三羧酸循环共同构成。果心和果肉的糖代谢与呼吸代谢可从花后90 d分为两种不同的响应模式,果皮的代谢响应在花后120 d变化明显。成熟期果心的淀粉、蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、磷酸戊糖途径、细胞色素途径代谢酶关联聚类;果肉的淀粉、蔗糖代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶关联;果皮的蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶存在较高的聚类相关。聚类关联酶活性升高或达到峰值,与果心和果肉的果糖、葡萄糖积累,果皮山梨醇转化和果糖、葡萄糖含量升高显著关联。【结论】库尔勒香梨果实以果糖和葡萄糖为主成分的糖分积累构成典型的内在品质,存在果实成熟时糖分构成与甜度的部位异质,是发育与成熟不同阶段糖代谢与呼吸代谢不同动态响应累积的结果。磷酸己糖异构酶与细胞色素氧化酶是香梨果实3个部位同时在成熟阶段交联呼吸代谢与糖代谢的关键酶。     

植物代谢工程研究进展

植物代谢工程是采用分子生物学、生物化学、功能基因组学、蛋白组学和代谢组学方法阐明植物复杂的代谢途径和代谢网络的分子机理,通过遗传工程技术在分子水平上调控代谢途径,以提高目标代谢物产量或降低有害代谢物的积累。本文综述了植物代谢工程,包括次生代谢关键酶基因工程、转录因子或调节基因的基因工程等方面的研究进展,以及系统生物学在植物代谢工程研究方面的应用。     

植物种子中脂肪酸代谢调控基因工程研究

脂肪酸代谢是植物最重要的代谢途径之一,脂肪酸在食用和工业生产上有重要用途。介绍了植物种子中脂肪酸代谢的基本途径。论述了应用基因工程改良植物种子油品质的技术策略、存在问题,同时对植物脂肪酸调控基因工程发展提出了展望。     

柑橘果实柠檬酸降解代谢途径与调控研究进展

柑橘果实属于柠檬酸型果实,果实中柠檬酸代谢参与合成氨基酸、香气物质、生物活性物质的代谢过程,是决定果实品质和风味的重要指标之一。聚焦柑橘果实柠檬酸降解代谢的途径及其调控研究进展,综述柠檬酸降解的不同代谢途径,柑橘果实发育阶段、贮藏及采后调控过程中柠檬酸降解代谢的相关酶活性变化,相关基因表达及分子生物学研究等方面内容,并提出今后研究中有待解决的问题。     

葡萄中原花青素的代谢

原花青素是植物中广泛存在的一大类多酚化合物的总称,具有极强的抗氧化、消除自由基等的作用.葡萄籽中所含的原花青素含量高、种类丰富.已越来越受到医药界、营养界的重视.了解葡萄中原花青素的代谢及重要研究进展对于原花青素的代谢调控、原花青素更好的利用以及葡萄果实品质提高等具有重要帮助.鉴于此,该文简要介绍了葡萄中原花青素的结构、分类、代谢途径以及相关重要酶的活性研究进展.     

高山被孢霉挥发性次生代谢产物分析

[目的]研究花生四烯酸生产菌高山被孢霉挥发性次生代谢产物成分,并探讨其代谢途径的变化。[方法]采用固相微萃取提取高山被孢霉对数生长后期发酵液上方空气并进行GC-MS分析。[结果]一共分析得到13种化合物,其中,12种均为C15H24的倍半萜化合物,浓度占总组分的99.62%。含量最高的3个化倍半萜合物Thujopsene-(12)(斧柏烯)、α-Guaiene(愈创木烯)和Aristolene(土青木香烯)分别占到总含量的10.66%、33.69%和34.85%。通过次级代谢产物的检测能够较充分证明高山被孢霉中存在倍半萜的代谢途径。[结论]原始菌株经过诱变致使异戊二烯或倍半萜分支途径中一个或几个关键酶的基因发生突变而使其编码的酶活性增强,从而导致此条代谢途径的通量增加而有利于倍半萜化合物的大量积累。     

Protective effect of high-oleic acid peanut oil and extra-virgin olive oil in rats with diet-induced metabolic syndrome by regulating branched-chain amino acids metabolism

High-oleic acid peanut oil (HOPO) and extra-virgin olive oil (EVOO) have been reported previously to have an attenuating effect on metabolic syndrome (MS). This study aimed to evaluate the metabolic effect of HOPO and EVOO supplementation in attenuating MS and the role of gut microbiota in regulating the metabolic profile. Sprague-Dawley rats were continuously fed with a normal diet, high-fructose and high-fat (HFHF) diet, HFHF diet containing HOPO, or a HFHF diet containing EVOO for 12 weeks. The metabolomics profiles of feces and serum samples were compared using untargeted metabolomics based on UPLC-Q/TOF-MS. Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) was used to identify the potential fecal and serum biomarkers from different groups. Correlation between gut microbiota and biomarkers was assessed, and pathway analysis of serum biomarkers was conducted. Differences in metabolic patterns in feces and serum were observed among different groups. There were 8 and 12 potential biomarkers in feces and 15 and 6 potential biomarkers in serum of HOPO group and EVOO group, respectively, suggesting that HOPO and EVOO supplementation mainly altered amino acids, peptides, and their analogs in feces and serum. The branched-chain amino acids (BCAAs) biosynthesis pathway was identified as a major pathway regulated by HOPO or EVOO. This study suggests that HOPO and EVOO supplementation ameliorate diet-induced MS, mainly via modulation of the BCAAs biosynthesis pathway.     

电刺激影响牛肉成熟过程中嫩度的信号通路分析

牛肉品质的好坏,最重要的指标是嫩度。介绍了牛肉成熟机制研究进展,包括在牛肉成熟过程中嫩度的影响因素和加快牛肉成熟的技术,讨论了电刺激影响嫩度的分子机理,主要通过糖酵解代谢途径、钙激活中性蛋白酶途径、溶酶体途径、氧化应激途径影响嫩度。电刺激影响牛肉成熟过程中嫩度的信号通路表明,牛肉的嫩度与氧化和凋亡有密不可分的联系。     

苏云金芽胞杆菌sigL基因的缺失对菌体碳氮源利用的影响

sigL基因编码的产物σ54是许多重要代谢途径的转录因子。为研究sigL基因在苏云金芽胞杆菌中的功能,试验分别测定苏云金芽胞杆菌HD-73菌株和sigL基因缺失突变菌株在基本培养基中对不同碳氮源的利用。结果表明,出发菌株和sigL突变体都不能利用果糖、蔗糖、纤维二糖、柠檬酸作为唯一碳源;sigL突变菌株不能利用肌氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和缬氨酸为唯一氮源,说明sigL缺失可能阻碍这些氨基酸参与的代谢途径。β-半乳糖苷酶活性分析表明,调控肌氨酸代谢途径的soxR基因转录活性在sigL突变体中降低,说明sigL是通过调控编码肌氨酸氧化酶的基因簇(sox)而影响菌体对肌氨酸的利用。     

高山被孢霉挥发性次生代谢产物分析

1材料与方法 1．1试剂酵母粉为英国OXOID公司生产;葡萄糖、KH2PO4、MgSO4·7H2O均为国产分析纯。 1．2仪器Thermo Finnigan TRACE DSQ型气相色谱-质谱联用仪;SUPELCO公司的SPME Fiber Assortment Kit #1固相微萃取头。     

植物花青素生物合成途径相关基因研究进展及其基因工程修饰

对植物花青素生物合成及调控基因的研究进展、基因工程在调控花青素合成途径中的应用进行了综述。植物花青素生物合成属次生代谢途径,对该途径关键酶基因的调控可降低或提高目标化合物的产量,可通过调控植物次生代谢的方式对植物进行遗传改良。对植物通过积累花青素来适应紫外线辐射、防卫害虫及真菌侵害的分子机制进行研究,有助于培育抗病、抗逆的植物新品种。     

植物次生代谢产物生物反应器研究进展

植物次生代谢产物生物反应器是植物生物反应器的一种,通过代谢调控及代谢工程等现代生物技术手段在分子水平上对植物原有次生代谢途径进行遗传改造达到提高植物中有用次生代谢产物含量的目的。随着越来越多植物次生代谢途径的不断解析,植物次生代谢产物生物反应器的研究和应用前景越来越广阔。以萜类和生物碱类等次生代谢产物为代表,简述了植物次生代谢产物生物反应器的研究进展及展望。     

高温胁迫下萝卜苗期的转录组分析

【目的】对高温胁迫下萝卜幼苗进行转录组测序分析,筛选不同耐热性萝卜品种间的差异表达基因,为阐明萝卜幼苗响应高温胁迫的分子机制提供理论参考。【方法】以耐热萝卜品种1116T和热敏感萝卜品种Wr129为对象,对其进行高温（40℃）胁迫处理0（常温,对照）和24 h,提取各时间点样品总RNA进行转录组测序,以|log₂ FoldChange|≥1,P<0.05且TPM≥10为标准,筛选出差异表达基因（DEGs）,并进行GO功能注释和KEGG代谢通路富集分析。【结果】随着高温胁迫时间的增加,Wr129和1116T幼苗茎叶逐渐发生萎蔫,胁迫24 h后Wr129叶片萎蔫下垂且干枯变黄,而1116T叶片轻度萎蔫下垂,仍保持绿色。12个文库共获得81.45 Gb Clean data,平均有62.30%的reads比对到萝卜参考基因组的一个位置。从2个不同耐热性品种中共鉴定到2701个差异表达基因。GO功能注释结果显示,2629个差异表达基因在GO数据库中得到注释,其中,有559个差异表达基因被注释为细胞组分类别中的叶绿体被膜、叶绿体基质和叶绿体类囊体3个条目,470个差异表达基因被注释为与胁迫响应相关的生物学过程。KEGG代谢通路富集结果显示,1166个差异表达基因富集到124条代谢通路,其中,有74个差异表达基因富集到光合作用和光合作用-天线蛋白代谢通路,23个基因富集到卟啉和叶绿素代谢通路,大部分基因在高温胁迫下被诱导; 35个差异表达基因富集到谷胱甘肽代谢途径,其中14个谷胱甘肽-S-转移酶基因（GSTs）在高温胁迫下上调表达。高温胁迫24 h,Wr129和1116T幼苗叶片PSII的最大光化学效率（F_v/F_m）和总叶绿素含量均下降,但1116T的下降幅度较小。【结论】 Wr129和1116T的耐热性存在明显差异,其原因是1116T植株可通过调控光合作用和抗氧化系统相关基因的表达,减缓F_v/F_m和叶绿素含量下降速率,从而提高植株对高温胁迫的耐受能力。