植物三萜代谢途径中角鲨烯合成酶研究进展

三萜类化合物是植物中一类重要的生物活性产物,具有广泛的药用与经济价值。角鲨烯合成酶(squalene synthase,SQS)为植物中三萜代谢合成途径中下游分支关键酶,可将异戊二烯通路中的碳通量引至三萜生物合成,其生成物角鲨烯同时也是合成三萜化合物的重要前体物质,且角鲨烯合成酶的活性决定了植物中三萜化合物的产量。主要综述了植物三萜合成途径、角鲨烯合成酶的催化机制、结构,SQS基因的克隆及调控表达,以期为今后提高植物中三萜化合物含量研究提供理论依据。     

谷物胚乳中淀粉合成酶及其同工型的研究进展

谷物中通常以淀粉的形式储存能量,淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。在胚乳中,支链淀粉生物合成中涉及二磷酸腺苷葡萄糖焦磷酸化酶(ADP glucose pyrophosphorylase,AGPase),可溶性淀粉合成酶(soluble starch synthase,SS),淀粉分支酶(starch branching enzyme,BE)和淀粉脱支酶(starch debranching enzyme,DBE)及其同工型一系列的酶反应,而直链淀粉合成需要AGPase和颗粒结合淀粉合成酶(granule-bound starch synthase,GBSS)的协同作用。同时质体淀粉磷酸化酶(plastidial starch phosphorylase,Pho)很可能对胚乳淀粉生物合成中的底物形成起重要作用。这些酶及其同工型的相互作用和差异表达使淀粉结构产生变化进而对谷物的质量和产量产生影响。综述了谷物胚乳淀粉生物合成过程中必要的酶及其同工型的作用,通过推断这些酶及其同工型在谷物胚乳中促进淀粉的生物合成所产生的作用,为提高谷物的产量和优化其品质提供参考。     

植物LPATs基因研究进展

植物溶血磷脂酸酰基转移酶(lysophosphatidic acid acyltransferase, LPAT)是三酰甘油(triglycerides,TAG)生物合成的重要限速酶,在脂质合成、种子发育及生物膜合成等方面具有重要的作用。目前,LPAT基因已在多种植物中被克隆,其编码的蛋白根据亚细胞定位大致可分为质体和微体两大类。文章综述了近年来国内外植物LPAT基因,包括拟南芥LPAT基因的染色体定位和基因结构,植物LPAT酶的底物选择性、表达调节及其生理功能,并对其在TAG生物合成的研究进行分析和展望。     

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.     

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。     

植物类胡萝卜素生物合成相关基因的表达调控及其在植物基因工程中的应用

类胡萝卜素是人类饮食结构中不可缺少的重要成分,具有多种重要的保健功能,尤其是有些类胡萝卜素,如β-胡萝卜素是合成维生素A的前体,具有抗癌和提高免疫力等功效。类胡萝卜素还广泛用于医药和化妆品工业。迄今为止,自然界中发现的大多数类胡萝卜素都是微量的中间产物,很难直接利用。本文概述了高等植物类胡萝卜素生物合成途径、类胡萝卜素生物合成关键酶基因的克隆,如异戊烯焦磷酸异构酶、牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶、八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素脱氢酶、ζ-胡萝卜素脱氢酶、!-番茄红素环化酶、ε-番茄红素环化酶,并对这些关键酶基因的功能进行鉴定。以水稻、油菜、马铃薯和番茄为例,阐明了类胡萝卜素合成关键酶基因在植物基因工程中的应用。将黄水仙的Psy和Lcy-b以及噬夏孢欧文氏菌(Eriwiniauredovora)CrtI基因同时转入水稻,水稻种子内胚乳类胡萝卜素含量得到提高。另外,在油菜、马铃薯和番茄中转入与类胡萝卜素合成相关的基因,类胡萝卜素含量也发生不同程度的提高,基因表达水平也发生变化。阐述了通过基因操作技术只能得到极少量的类胡萝卜素,只有进一步弄清类胡萝卜素代谢途径,提高外源基因在植物中的特异表达,才能合成大量类胡萝卜素,使类胡萝卜素遗传操作技术成功运用于作物品质改良。     

调控植物类黄酮生物合成的MYB转录因子研究进展

类黄酮是一类多酚类次生代谢产物,在植物中广泛存在,具有调节机体免疫力、抗氧化、抗衰老以及抵抗病毒等医疗保健功效。在类黄酮生物合成过程中,MYB转录因子扮演者重要角色,可以调控与类黄酮合成相关的酶基因的表达,从而有效地调控类黄酮物质的生物合成。目前已在很多植物中分离克隆得到了很多调控类黄酮生物合成的MYB转录因子,并对它们的结构功能及表达方式和作用模式进行了深入研究。利用转基因技术将从特定植物中分离得到的MYB转录因子用于植物遗传改良,可有效提高转基因植物中黄酮类物质的含量。因此,MYB转录因子的研究对从分子水平上研究和调节类黄酮的合成具有重要的意义;转录因子的应用是类黄酮生物合成基因工程中的一个新方向。     

兴安落叶松纤维素合酶基因的克隆及生物信息学分析

纤维素合成酶(cellulose synthase, CesA)是植物体纤维素合成途径中的关键酶,其表达风度影响纤维素的合成及植物的生长发育。纤维素合成酶是由多基因编码,该基因家族的每一个成员有不同的表达模式,可能发挥不同的作用。本研究利用兴安落叶松(Larix gmelinii)的转录组数据,调查了其纤维素合成酶基因家族。在兴安落叶松的转录组数据库中检索到6条编码纤维素合酶的Unigene,根据这些基因序列,利用RACE和RT-PCR技术克隆了其全长基因序列,分别命名为LgCesA1、LgCesA3、LgCesA4、LgCesA5、LgCesA6和LgCesA8,并进行了生物信息学分析。结果发现,该6个LgCesA基因的编码序列长度为829～1 100个氨基酸,其编码的蛋白质均定位于质膜上,含有保守的功能结构域,属于跨膜蛋白,它们在进化上可分为两个分支。研究结果为比较分析兴安落叶松CesA基因家族成员的表达模式,鉴定其功能奠定了基础。     

与绿茶质量有关的茶树茶氨酸氮素合成主要问题

研究进行了茶树茶氨酸的生物合成,茶根铵态氮的利用和茶树枝条氨基化台物的含量。茶氨酸的前身包括 L—丙氨酸和乙胺,氨态氮的摄取方法是通过谷酰氨合成酶和谷酰氨—2酮戊二酸转氨酶体系,茶氨酸存在于新梢的主要化合物中占总量的60—70％,新梢氨化合物在春季最高,此时由新梢制成的绿茶质量最高。     

盐角草P5CS基因克隆及其在高盐胁迫下的表达分析

△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物脯氨酸合成途径中的限速酶,但P5CS基因在调节植物耐盐过程中具体的生物学功能尚不明确.本研究利用RT-PCR方法从盐角草中分离得到一个P5CS基因,并对其进行了生物信息学分析和盐胁迫表达特性分析.结果表明,盐角草P5CS基因的cDNA序列全长为2151 bp,编码716个氨...     

小麦蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的研究进展

植物蔗糖合成酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)在植物淀粉生物合成过程中起着重要的作用,淀粉是小麦等禾谷类作物子粒胚乳的重要组成成分,与作物的产量和品质密切相关。综述了小麦蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的细胞定位生物学功能、分子生物学分析及酶活性的调控,并进一步对两种酶的研究作出设想。     

冬凌草HMGS基因的克隆与表达分析

羟甲基戊二酰辅酶A合酶（3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase,HMGS）是甲羟戊酸途径（MVA）中的第一个催化酶。根据冬凌草转录组数据库中HMGS基因序列设计特异引物,采用RT-PCR技术克隆冬凌草IrHMGS基因cDNA全长,并对其序列进行生物信息学分析,通过荧光定量PCR的方法分析其组织表达特性。IrHMGS基因cDNA全长1 382bp,编码460个氨基酸,序列分析结果表明该基因编码的氨基酸序列含有羟甲基戊二酰辅酶A合成酶N末端、C末端等保守结构域。荧光定量PCR表明,IrHMGS在冬凌草组培苗叶和根中的表达量显著高于在组培苗花、茎和愈伤组织中的表达量。本研究为后续深入研究IrHMGS在冬凌草二萜类物质合成途径中的功能奠定了基础。     

‘月月粉’和野蔷薇花青素合成酶基因的鉴定与表达分析

植物花青素是一种天然的黄酮类水溶性植物色素,对于植物的花和果实的花色决定具有重要作用,花青素在植物体内的生物合成途径研究相对较清楚。但在蔷薇属植物中花青素合成酶基因的功能分析相对较少,通过序列比对和进化树分析鉴定‘月月粉’(Rosa chinensis‘Old Blush’,用OB表示)和野蔷薇(Rosa multiflora)中花青素合成酶基因各14个。通过序列比较发现野蔷薇和OB中对应的同源基因序列相似性很高,表明这些基因的保守性很强,但表达谱分析显示这些基因在两个物种中的差异较大,暗示其调控序列可能变异程度较大。通过检测一个野蔷薇自然突变单株中红花和白花中的花青素合成酶基因的表达,推测有部分花青素合成酶基因可能在花青素合成反馈调节中具有重要作用。通过分析启动子序列中顺式作用元件推测OB中花青素合成酶可能受蔗糖和不同激素的调控。本研究可为揭示蔷薇属植物花青素合成调控的分子机制提供依据。     

草甘膦生物抗性和生物降解及其转基因研究

草甘膦(N—phosphonomethyl—glycine，glyphosate)毒性作用机理是竞争性抑制莽草酸途径中的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(5-enolpyruvyl—shikimate—3—phosphate synthase，简称EPSP合成酶)的活性。EPSP合成酶是植物和微生物体内芳香族氨基酸(包括色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等)生物合成过程中的一个关键酶。该酶由aroA基因编码。抗草甘膦微生物或植物中EPSP合成酶基因的核苷酸序列在相同或相近位点发生了突变。将编码EPSP合成酶的突变基因导入大豆和烟草等作物中，均能获得转基因的抗草甘膦作物。草甘膦的生物降解途径主要有两条，C-N断裂生成氨甲基磷酸(AMPA)或C-P键断裂生成肌氨酸(sarcosine)，然后两种中间代谢物进一步代谢为磷酸、甘氨酸和二氧化碳等。     

哈茨木霉Tr1菌株分泌蛋白及Peptaibols合成酶的生物信息学分析

研究旨在应用生物信息学方法分析生防菌哈茨木霉的分泌蛋白及Peptaibols合成酶。本研究以哈茨木霉Tr1菌株的11264条假定蛋白质序列为对象,利用Signal P、Protparam和Swissmodel等生物信息学工具预测出分泌蛋白,分析其信号肽特征,从中筛选可能与其生防机制有直接联系的分泌蛋白和Peptaibols合成酶,并对这些蛋白质的性质和结构功能进行分析。结果表明:哈茨木霉Tr1菌株含有403个分泌蛋白,其中假定蛋白质PNP53160和PNP56908可能起到纤维素酶和几丁质酶的作用。分泌蛋白的信号肽的中间区域富含亮氨酸和丙氨酸,C端属于A-X-A类型。假定蛋白PNP58822中的16862~20750 aa片段可能起到Peptaibols合成酶作用,该蛋白主要包括了乙酰辅酶A合成酶Ⅰ、Taq A的CT结构域和脂肽合成酶亚基Ⅲ等功能区域。本研究应用生物信息学方法分析了403个分泌蛋白及其信号肽特征,筛选出了可能与哈茨木霉生防机制相关的蛋白质,并预测了其性质、结构和功能,为进一步研究哈茨木霉的生防机制提供理论基础。     

樟树长链脂肪酰CoA合成酶1鉴定与功能初步分析

樟树(Cinnamomum camphora(L.)Presl.)籽油富含中链脂肪酸,但其生物合成机制尚未可知。长链脂肪酰基CoA合成酶(long chain fatty aycl-CoA synthetases,LACSs)亚家族在植物脂肪酸合成与分解代谢中具有重要作用。以樟树转录组数据为参考、本研究克隆并鉴定了一个LACS基因亚家族成员,序列比对显示其编码氨基酸序列与拟南芥At LACS1序列相似性高达65%,故将之命名为Cc LACS1。实时荧光定量PCR检测显示Cc LACS1基因在花与种仁中优势表达,叶、茎组织中次之。缺陷型酵母互补实验证明Cc LACS1具有脂酰CoA合成酶活性,可广泛地将外源C10~C18脂肪酸活化为脂酰CoA硫酯,但C18类脂肪酸是其偏好催化底物。上述结果暗示Cc LACS1可能与樟树籽油合成与累积相关。     

栀子(Gardenia jasminoides)GGPPS基因小亚基的克隆及表达分析

香叶基焦磷酸(geranyl pyrophosphate,GPP)是单萜的前体物质,而单萜是栀子内重要的活性成分。香叶基香叶基焦磷酸合酶(GGPPS)在萜类化合物、类胡萝卜素类化合物生物合成中处于关键位置,GGPPS主要分为香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基(GGPPSlsu)和香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基(GGPPSssu)。为了研究栀子GGPPS基因在栀子萜类生物合成中的作用,本研究成功从栀子品种‘林海一号’中提取RNA反转录合成cDNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到栀子GGPPSssu的cDNA序列,分别命名为GjGGPPSssu1和GjGGPPSssu2,ORF区分别为1053 bp和915 bp。通过构建基因进化树,栀子GGPPSssu基因和其他植物的GGPPSssu基因聚为一类,属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因。通过蛋白质序列比对表明GjGGPPSssu1有一个CxxxC(x为碱性氨基酸)的保守基元和一个FARM的保守基元,没有SARM保守基元,与SSUⅡ类基因相似;GjGGPPSssu2有两个CxxxC的保守基元,没有FARM保守基元和SARM保守基元,与SSUⅠ类基因相似。荧光定量PCR试验结果表明,GjGGPPSssu1在T4和T5时期有较高的表达水平,GjGGPPSssu2在栀子各生长时期的根部和果实中有较高水平的表达。推测GjGGPPSssu1基因与栀子黄色素合成相关,GjGGPPSssu2基因与单萜合成相关。本研究初步解析了栀子GGPPS基因的功能,为提高栀子药用品质提供了理论依据。     

高等植物转化酶的研究进展

蔗糖是植物光合产物的主要输出形式。在植物生长过程中，蔗糖合酶和转化酶都可以分解蔗糖，后者催化蔗糖不可逆地水解为葡萄糖和果糖，为植物提供碳骨架和能量并影响其生长发育及形态的发生。除了影响植物的初级代谢，转化酶基因还在胁迫条件下特异性表达，同时，转化酶在纤维素的生物合成中发挥重要作用。本研究概述了植物转化酶的分类、生化特性、生理功能和表达调控等相关内容，重点简介了转化酶在植物逆境应答过程中发挥的相应功能，对深入研究转化酶在纤维素合成过程中的生理作用具有一定的参考价值。     

次生壁加厚过程中影响棉纤维素合成的 主要生理机制

笔者结合国内外对于棉纤维发育过程中纤维细胞内部生理生化反应的最新研究成果,依据棉花纤维比强度形成机制,综述了棉纤维比强度形成的关键时期次生壁加厚期,纤维素生物合成的物质变化、参与调控其合成的酶系（纤维素合成酶,蔗糖合成酶,β-1,3-葡聚糖合酶,β-1,3-葡聚糖酶,吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶）及影响合成的主要因素（基因型,温度,激素）等方面的研究进展。为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径和培育高纤维强度的棉花品种提供了理论依据。     

主要生理机制

 笔者结合国内外对于棉纤维发育过程中纤维细胞内部生理生化反应的最新研究成果,依据棉花纤维比强度形成机制,综述了棉纤维比强度形成的关键时期次生壁加厚期,纤维素生物合成的物质变化、参与调控其合成的酶系（纤维素合成酶,蔗糖合成酶,β-1,3-葡聚糖合酶,β-1,3-葡聚糖酶,吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶）及影响合成的主要因素（基因型,温度,激素）等方面的研究进展。为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径和培育高纤维强度的棉花品种提供了理论依据。