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。     

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。     

木质素生物合成调控基因工程研究进展

木质素生物合成是植物体内比较复杂的生化过程,存在多基因、多条途径交互作用。基因工程调节植物木质素合成已成为国际上研究的热点。综述了转基因技术调控植物木质素生物合成的研究进展。提出创造低木质素含量和组分改变的优质新品种,对于造纸和纺织工业等的可持续发展具有重要的意义。     

甘蓝型油菜不同抗倒性材料中木质素代谢途径关键基因表达特点

植物体内木质素的含量不仅与植物的抗病性有关,也与植物的抗倒伏性状密切联系。本试验以15个抗倒性等级不同的甘蓝型油菜品种为材料,分别在初花期和青荚期测定茎秆中部木质素含量,同时用qRT-PCR的方法分析了木质素代谢途径中6个关键基因PAL、4CL、C4H、CCR1、CCR2和CAD的表达量差异。结果表明,油菜茎秆木质素从初花期到青荚期平均增加了28%,抗倒性强的材料木质素增加最明显,达到33.5%;不同时期,不同抗倒伏性的油菜茎秆中部木质素含量差异均极显著;各基因表达量在两个时期间差异均显著或极显著,但在不同抗倒性材料间,只有基因PAL、4CL和CCR1表达量间差异显著;基因PAL的表达量与木质素含量相关性最强,4CL基因的表达量与其他关键酶基因表达量相关性最强。综上所述,木质素的合成积累由代谢途径中各个环节关键基因所共同决定,但基因PAL和4CL对木质素的代谢影响更明显。     

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。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

植物UDP-葡萄糖焦磷酸化酶家族基因鉴定及序列进化分析

UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UDP glucose pyrophosphorylase, UGP)是糖代谢合成途径中的一个关键酶。UGP以葡萄糖-1-磷酸和尿苷三磷酸为底物,催化反应生成尿苷二磷酸葡萄糖和焦磷酸,直接参与了植物糖代谢的生物合成。为了系统梳理UGP在植物基因组中的状况,我们对其基因进行了全面的鉴定和进化分析,并重点考察该基因在番茄中的表达。首先,我们针对UGP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;其次,将番茄CDS序列比对到各探针,从而从数据库中提取组织中的表达数据;最后,通过结构域鉴定,进化树和表达量的分析,得出UGP在植物中的生物合成的机理。本研究为UDP-葡萄糖焦磷酸化酶提供了基因信息,为植物中糖代谢生物合成途径的作用机理及其对蔗糖合成的影响相关基因进化机制的研究提供帮助。     

石榴木质素合成途径进化与密码子使用偏好性分析

木质素是陆生植物进化的标志,对植物适应陆生环境具有重要作用。本研究选取石榴(Punica granatum)等18种农林业广泛栽培或湿地系统中具有重要价值的维管束植物,进行木质素合成途径基因进化与密码子使用偏好性分析。结果表明:石榴木质素合成途径基因偏好以G/C结尾的密码子,与单子叶类群和双子叶锦葵类分支相一致,受突变压力影响较大;木质素合成途径基因的进化存在明显的种系特异性;对双子叶植物的长期人工选育会诱导密码子向弱偏好性方向进化。     

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.     

梁山慈竹高通量转录组测序及差异表达基因分析

分析梁山慈竹及其体细胞突变体的转录组,挖掘功能基因并对其差异表达基因进行筛选和分析,为梁山慈竹遗传改良提供理论依据。利用RNA-Seq技术进行转录组测序,对测序结果进行de novo拼接和功能注释;并对差异表达基因进行筛选及COG、GO、KEGG数据库中进行比对注释,此外,基于Swiss-Prot功能注释结果,分析纤维素和木质素相关功能基因的表达量差异。测序结果表明,共获得86 575 631条reads,de novo组装得到84 741条unigenes,共有49 829条被Nr、COG、GO、KEGG、Swiss-Prot注释。从梁山慈竹实生植株(对照)和体细胞突变体No.30这2个测序样本中,筛选出3 572条差异表达unigenes,757条差异表达unigenes在COG分类体系中具有详细的蛋白功能释义,2 213条差异表达unigenes在GO数据库具有功能定义,385条unigenes被注释到94条KEGG Pathways中。纤维素合成相关纤维素合酶、过氧化物酶、泛素连接酶和热休克蛋白在梁山慈竹体细胞突变体No.30中表达量升高,木质素合成相关MYB4、4-香豆酸CoA连接酶、肉桂醇脱氢酶、肉桂酰-CoA还原酶和漆酶在突变体中表达量降低。提供了全面的梁山慈竹转录组信息,获得了一批在梁山慈竹纤维素和木质素生物合成过程中有重要功能的基因序列。     

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。     

茶树莽草酸代谢途径相关基因研究进展

莽草酸生物合成是连接植物初生代谢和次生代谢的关键节点。目前,莽草酸合成代谢途径关键基因的克隆、功能验证及表达调控的研究取得了一定成果,对调控茶树生长发育、提高茶叶产量和品质等研究均有重要意义。为此,本综述就莽草酸代谢途径与茶叶产量品质形成的相关性、相关调控基因研究进展,以及其他植物中该途径相关基因研究进展等进行了总结,以期为茶树遗传育种基础理论及高效育种技术的研发等提供参考。     

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...     

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.     

Biotechnology in trees: Towards improved paper pulping by lignin engineering

Lignin is a heterogenous phenolic polymer that plays crucial roles in the development and physiology of vascular plants. However, it needs to be removed from cellulose by toxic and energy-requiring processes for the production of high-quality paper. Therefore, a major biotechnological challenge is to obtain transgenic trees with modified lignin to improve the quality of wood for paper making. Here, we review the results obtained by alterating the expression of genes of the monolignol biosynthesis pathway in trees and the effect of these modifications on the lignin polymer and on pulping. The data reported show that lignin engineering is a promising strategy to improve wood quality for the pulp and paper industry. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.