植物叶酸的合成、代谢及基因工程研究进展

人体叶酸缺乏会导致很多重大疾病的发生,而植物是人类最主要的叶酸来源。叶酸分子是由喋呤和对氨基苯甲酸从头合成的,二者合成的关键酶腺苷三磷酸环化水解酶和氨基脱氧分支酸合成酶已得到克隆鉴定。除合成过程之外,叶酸在植物体内的运输和区域化、叶酸的分解代谢也是影响叶酸含量的重要因素。就近年来在植物叶酸的合成分解代谢机制及基因工程等相关研究进展进行综述。     

pH对产叶酸植物乳杆菌叶酸产量及相关基因表达的影响

叶酸是细胞代谢的重要中间体,人类由于缺乏叶酸生物合成途径中的关键酶,需要从膳食中摄取叶酸。由于谷氨酸尾数目的差别,生物合成的叶酸更容易被人体利用。一些植物乳杆菌菌株可以合成叶酸,但培养条件对叶酸合成有较大影响。选择一株高产叶酸的植物乳杆菌4_3菌株,探讨了在同一培养基中,不调节pH和使pH稳定在6.0对其生长状况和叶酸合成的影响。比起不调节pH,维持pH 6.0可以长期保持较高的活细胞密度。实时荧光定量PCR的结果显示,在pH 6.0的培养基中,叶酸合成相关基因表达量均要高于不调节pH的培养基。     

微生物莽草酸代谢途径的研究进展

莽草酸是莽草酸代谢途径的中间产物,是合成手型药物的关键原料,也是合成芳香族类氨基酸(L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-色氨酸)、泛醌、叶酸、维生素K_2等芳香族化合物的关键中间体。通过基因改造微生物莽草酸代谢途径,可以使其大量积累莽草酸,进而为生物体内合成芳香族氨基酸奠定基础。本文综述了莽草酸代谢途径在重组大肠杆菌中的生物合成途径的研究进展,分析了莽草酸合成过程中关键酶基因改造对莽草酸积累的影响、辅因子再生对目的产物的影响,还讨论了减少莽草酸工程菌代谢副产物产生量的措施。随着代谢工程技术和合成生物学技术的发展,通过基因技术定向改造代谢途径,构建理想的高产菌株已经成为研究的新热点。     

植物次生代谢物研究进展

本文综述了植物次生代谢物的主要功能、类型、应用价值、开发途径、次生代谢产物的主要合成途径以及代谢工程研究方面的最新研究进展,同时对植物代谢工程发展趋势和前景做了展望。     

植物 VE代谢工程研究进展

植物代谢工程在植物研究领域中是一个新方向,VE作为一种动物必需维生素,具有其他物质不具备的、而生命有机体必需的生物活性。参与 VE代谢途径的全部基因的分离和功能验证工作已经完成,利用植物代谢工程对 VE合成途径中相关的基因或酶进行调控,对提高植物 VE的含量及活性具有重要意义。从 VE研究历史追溯,VE代谢途径,VE代谢途径中相关的酶及基因,模式植物中 VE代谢工程研究及其在重要作物上的利用等方面综述了植物 VE代谢工程的研究进展,并展望了利用代谢工程合理调控 VE的代谢流。     

叶酸生物强化研究进展

叶酸是指四氢叶酸及其衍生物这一类物质,是介导一碳单位转移的重要辅助因子,参与生物体内许多重要反应。人类不具备自身合成叶酸的能力,只能从植物中摄取,叶酸缺乏会增加许多疾病风险,利用生物强化来提高植物的叶酸含量是一个解决全球性叶酸缺乏问题的可行办法之一。综述了叶酸的合成及代谢途径,重点介绍了目前叶酸生物合成的研究进展;阐述了我国的叶酸营养状况,并对我国的叶酸强化进行了展望。     

过表达蝶呤还原酶PTR1基因促进植物叶酸合成的研究

叶酸是生物体维持正常生命活动所必需的小分子代谢物,还原态的蝶呤参与叶酸的合成。通过利用组成型启动子驱动依赖NADPH的蝶呤还原酶基因（NADPH-dependent pterin reductase gene, PTR1）在模式植物拟南芥和烟草中进行过表达,探讨了来源于利什曼原虫的PTR1基因对植物叶酸合成代谢的影响。结果表明,在过表达PTR1的转基因拟南芥和烟草植株中,叶酸含量有不同程度的升高,其中转基因拟南芥的5-甲酰四氢叶酸有显著提高,而转基因烟草中5-甲基四氢叶酸有显著提高。说明将来源于原生动物的蝶呤还原酶引入植物,可以促进转基因植物中叶酸的合成代谢,为深入了解植物叶酸合成代谢的规律奠定了基础。     

微生物合成5-羟基色氨酸的研究进展

5?羟基色氨酸 (5-hydroxytryptophan，5-HTP)是血清素和褪黑素生物合成的中间代谢物，可有效治疗多种疾病，如抑郁症、头痛、肥胖和失眠等。传统生产5-HTP的方法是植物提取或化学合成，然而，这些方法效率低，难以大规模生产，无法满足不断增长的市场需求。随着代谢工程和合成生物学的发展，利用微生物合成目标产物成为必然趋势。笔者综述了微生物合成5-HTP的研究进展，通过定向进化羟化酶以及引入辅酶因子合成与再生途径，实现了微生物合成5-HTP，再经代谢工程调控，通过平衡宿主细胞内代谢流提高5-HTP生产效率，为工业微生物有效合成5-HTP提供了理论基础和技术支持。     

作物叶酸检测方法的研究进展

叶酸是一种水溶性的维生素,是介导一碳单位转移极其重要的辅助因子。由于人类不能自身合成叶酸,而且作物中叶酸的含量通常较低,尤其是在谷物中含量更低,所以叶酸缺乏是一个全球性的问题。目前正通过基因工程或育种技术来提高作物中的叶酸水平,如何获得作物中各种叶酸衍生物含量的可靠数据非常重要。介绍了植物叶酸的提取过程,以及各种叶酸检测方法的原理、适用范围和各自的优缺点;重点阐述了微生物法和高效液相色谱法的方法学建立、原理以及目前的应用情况,并进行了展望。     

叶酸在养猪生产中的应用

叶酸在体内核酸、蛋白质合成方面发挥着作为辅酶的作用。如果没有它,核酸就不能合成,细胞也就无法进行分裂,组织细胞也就无法生长。猪有许多生理学特性,叶酸的代谢、利用特点是其生理特性之一。一、叶酸代谢的特点１猪的叶酸代谢率高猪的血浆中含有大量的叶酸结合蛋白。由...     

Effects of folic acid supplementation on growth performance and hepatic folate metabolism-related gene expressions in weaned piglets

The present study was conducted to evaluate the effects of different folic acid supplemental levels on growth performance, serum biochemical indicators, and hepatic folate metabolism-related gene expressions in weaned piglets. There were 160 piglets with initially average bodyweight of 7.33 kg randomly assigned to diets containing five levels of folic acid: basal diets (C), 0.5 mg·kg⁻¹ folic acid (FS 0.5), 2.5 mg·kg⁻¹ folic acid (FS 2.5), 5.0 mg·kg⁻¹ folic acid (FS 5.0), or 10.0 mg·kg⁻¹ folic acid (FS 10.0). Blood samples were collected from a subset (n = 20; 4 pigs per treatment) of the piglets on day 0, 14, and 28. Liver samples were collected from the blood-taken piglets on day 28 of the experiment. Pigs fed basal diet supplemented with 2.5 mg·kg⁻¹ folic acid grew faster (P<0.05) and consumed more feed (P<0.01) than groups of C, FS 5.0, and FS 10.0 during the last two weeks. Dietary treatment had no effect on F/G throughout the experiment. Pigs in the FS 2.5 group showed greater concentrations of Growth Hormone (GH) (P<0.05) and Insulin-like Growth Factors (IGF-1) (P<0.01) in serum than C and FS 10.0 on day 28. RT-PCR analysis revealed that FS 0.5, FS 2.5, and FS 5.0 had a greater abundance of the mRNA encoding 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase than C and FS 10.0 (P<0.01). The mRNA expressions of folate binding protein in FS 0.5 and FS 2.5 were upregulated compared with pigs fed with basal diet (P<0.05). These results demonstrated that folate supplemental level of 2.5 mg·kg⁻¹ significantly enhanced the growth performance of piglets. Folic acid had an impact on folate metabolism and the homocysteine concentrations. No folate supplementation or folate supplemental level of 10 mg·kg⁻¹ could not increase the growth performance to the greatest degree.     

玉米5-甲酰四氢叶酸环化连接酶基因的克隆及功能分析

叶酸属于维生素B族（B9）,包括四氢叶酸及其多种衍生物。叶酸作为一碳代谢的辅因子,参与生物体内的多种代谢活动。5-甲酰四氢叶酸环化连接酶（5FCL）催化贮存形式的叶酸衍生物5-甲酰四氢叶酸（5-CHO-THF）向代谢活跃的叶酸衍生物转化。对玉米5-甲酰四氢叶酸环化连接酶（Zm5FCL）进行基因克隆和功能分析,发现Zm5FCL蛋白包含保守的5-formyltetrahydrofolate cyclo-ligase superfamily结构域。通过将该蛋白在大肠杆菌中进行异源表达、纯化及体外酶活性分析,表明Zm5FCL能够催化5-CHO-THF向5,10-次甲基四氢叶酸（5,10-CH=THF）转化。进一步在拟南芥5fcl突变体中进行Zm5FCL过表达分析表明,Zm5FCL能够代谢突变体中的5-CHO-THF向5,10-CH=THF和5-甲基四氢叶酸（5-CH3-THF）的转化。上述结果表明Zm5FCL在叶酸代谢中执行保守的生物学功能,推测其在玉米叶酸代谢中发挥着重要作用。     

Identification of QTLs Underlying Folate Content in Milled Rice

Understanding the genetic mechanism underlying folate biosynthesis and accumulation in rice would be beneficial for breeding high folate content varieties as a cost-effective approach to addressing widespread folate deficiency in developing countries. In this study, the inheritance of rice grain folate content was investigated in the Lemont/Teqing recombinant inbred lines and the Koshihikari/Kasalath//Koshihikari backcross inbred lines. 264 F12 recombinant inbred lines (RILs) and 182 BC1F10 backcross inbred lines (BILs) with their parents planted in randomized complete blocks with two replicates in 2010, and RILs harvested in 2008 were used for QTL detection using inclusive composite interval mapping (ICIM) method. In the RIL population, two QTLs, denoted by qQTF-3-1 and qQTF-3-2 (QTF, quantitative total folate), explaining 7.8% and 11.1-15.8% of the folate content variation were detected in one or two years, respectively. In the BIL population, a QTL, denoted by qQTF-3-3, was detected, explaining 25.3% of the variation in folate content. All the positive alleles for higher folate content were from the high-folate parents, i.e., Teqing and Kasalath. The known putative folate biosynthesis genes do not underlie the QTLs detected in this study and therefore may be novel loci affecting folate content in milled rice. QTLs identified in this study have potential value for marker assisted breeding for high-folate rice variety.     

叶酸对2型糖尿病大鼠胸主动脉内皮功能的影响

目的探讨长期补充叶酸对2型糖尿病大鼠胸主动脉内皮功能的影响及其作用机制。方法将2型糖尿病大鼠37只分为模型组(12只)、小剂量叶酸组(12只)和大剂量叶酸组(13只),另11只正常大鼠为正常对照组,叶酸干预11周后,剪尾采血分别检测血清一氧化氮、超氧化物歧化酶及丙二醛水平,并取胸主动脉制备主动脉环进行离体血管环反应性测定。结果模型组大鼠血清一氧化氮和超氧化物歧化酶水平明显低于正常对照组(P<0.01),而血清丙二醛水平明显高于正常对照组(P<0.01);补充叶酸11周后,小剂量叶酸组及大剂量叶酸组血清一氧化氮及超氧化物歧化酶水平均较模型组有明显增高(P<0.05或P<0.01),而血清丙二醛水平较模型组明显降低(P<0.01)。在每一个乙酰胆碱累积浓度下,模型组大鼠胸主动脉环的舒张度均较正常对照组明显减低(P<0.05或P<0.01),而小剂量叶酸组和大剂量叶酸组大鼠胸主动脉环的舒张度则均较模型组明显增高(P<0.05或P<0.01),小剂量叶酸组大鼠胸主动脉环的舒张度与大剂量叶酸组相比差异无显著性。结论长期补充叶酸对2型糖尿病大鼠血管内皮功能损伤具有明显预防作用,叶酸可能通过增加机体一氧化氮合成从而提高血清一氧化氮活性和提高机体抗氧化能力来预防2型糖尿病大鼠血管内皮功能损伤的发生。     

Computational thermostabilization of an enzyme

Thermostabilizing an enzyme while maintaining its activity for industrial or biomedical applications can be difficult with traditional selection methods. We describe a rapid computational approach that identified three mutations within a model enzyme that produced a 10 degrees C increase in apparent melting temperature T(m) and a 30-fold increase in half-life at 50 degrees C, with no reduction in catalytic efficiency. The effects of the mutations were synergistic, giving an increase in excess of the sum of their individual effects. The redesigned enzyme induced an increased, temperature-dependent bacterial growth rate under conditions that required its activity, thereby coupling molecular and metabolic engineering.     

A mass transfer explanation of metabolic scaling relations in some aquatic invertebrates and algae

Chemical engineering theory can be used in accounting for the broad range of metabolic scaling exponents found in some aquatic invertebrates and algae. Delivery of metabolically important compounds to these organisms occurs by diffusion through a boundary layer. Dimensionless relations (Sherwood-Reynolds number functions) demonstrate the degree to which water motion and organism size affect mass transfer, and ultimately, metabolic rate. Derivation of mass exponents in the range 0.31 to 1.25 for simple geometries such as plates, spheres, and cylinders directly follows from knowledge of the Sherwood-Reynolds number relations. The range of exponents predicted is that found by allometric studies of metabolic rate in these organisms.     

母鸡叶酸缺乏对子代MTHFD2和TYMS基因甲基化和表达水平的影响

为探究母鸡叶酸缺乏对子代与叶酸代谢相关的MTHFD2和TYMS基因甲基化模式和基因表达水平的影响,利用亚硫酸盐测序和定量PCR方法进行测定。结果表明:1)亲代叶酸缺乏对子代MTHFD2基因启动子区甲基化没有影响,该基因启动子区16个CpG位点不存在甲基化;2)子代TYMS基因ATG下游8个CpG位点甲基化主要发生在第2、3、4和5位点,但这4个CpG位点的甲基化比率在对照组和叶酸缺乏组之间均未达到差异显著水平(P0.05);并且TYMS总体甲基化水平在对照组和叶酸缺乏组之间差异也不显著(P0.05);3)母鸡叶酸缺乏可引起子代肝脏组织MTHFD2和TYMS基因表达水平均显著增加(P0.05)。综上所述,亲代叶酸缺乏对子代MTHFD2和TYMS基因表达水平发生作用,但未对基因甲基化比率造成影响,表明DNA甲基化模式由多个因素决定,可能存在叶酸以外的其他调控机制。