植物蔗糖转化酶及其基因表达调控研究进展

 糖是植物体的能源物质,也是基因表达的重要调节物质。在植物蔗糖代谢过程中,特别是果实发育的过程当中转化酶起到了很重要的作用,催化蔗糖水解成为己糖,直接影响蔬菜和水果的品质。蔗糖转化酶分为酸性转化酶和中性/碱性转化酶,两者在植物体中的作用不同。由于转化酶种类不同,其表达方式也比较复杂,同时能够调控转化酶基因表达的因素也较多,主要有器官和发育特异性、糖、胁迫以及激素等。尽管目前对于植物转化酶已经有了一定程度的了解,但是还存在许多未知的问题需要探究。     

柑橘酸性转化酶基因片段的克隆

分析植物液泡和细胞壁转化酶基因的保守区序列，分别设计一对PCR引物，以柑橘基因组DNA为模板，采用PCR方法分别扩增出长约740 bp和530 bp的DNA片段，分别克隆入pBS－T 和pMD18－T载体，进行测序，结果表明，获得柑橘酸性转化酶基因家族的两个成员，成员A和B基因片段分别长742 bp和524 bp。其序列已在GenBank中登记（登记号分别为AF014925和AF314197）。在GenBank中进行同源性检索，结果表明，成员A编码的氨基酸与植物液泡酸性转化酶的氨基酸同源性较高，与拟南芥的最高，达76％，而成员B编码的氨基酸与植物细胞壁酸性转化酶的氨基酸同源性较高，与豌豆的最高，达71％。两成员核苷酸和氨基酸序列同源性分别为55％ 和50％，推测酸性转化酶基因成员A 和B编码的蛋白分别定位于液泡和细胞壁。     

枸杞酸性转化酶基因的克隆及组织表达分析

以"宁杞1号"枸杞为试材,通过RT-PCR及RACE技术进行枸杞酸性转化酶基因的克隆及组织表达分析,并运用MEGA 5.0软件对植物转化酶基因进行了系统树分析。结果表明:扩增获得2 193bp的枸杞酸性转化酶基因,命名为LbSAI(GenBank:KC776575),该基因推导氨基酸序列与马铃薯、番茄、梨等酸性转化酶基因氨基酸序列同源性为68%~100%;LbSAI编码的蛋白质属于液泡酸性转化酶;Real-time PCR表达分析显示,LbSAI基因在枸杞花中表达量最高,在根中表达水平较低。     

杨梅酸性转化酶基因cDNA分离及表达分析

杨梅果实富含蔗糖,酸性转化酶是蔗糖代谢关键酶,根据植物酸性转化酶基因保守区序列设计引物,提取杨梅叶片RNA,逆转录获得cDNA,以此为模板通过PCR技术扩增到长度为516bp的基因片段,克隆入pMD18-T载体中,命名为MrIVR1(GenBank:DQ339699)。测序及同源性检索表明,该基因推导氨基酸序列与君子兰、葡萄、草莓、胡萝卜等酸性转化酶基因氨基酸序列同源性为60%～69%。运用ClustalX软件对植物转化酶基因进行了系统树分析,结果显示,MrIVR1编码的蛋白质属于细胞壁酸性转化酶。半定量RT-PCR表达分析显示,MrIVR1基因在杨梅果实发育早期表达量最高,随着果实的发育表达量下降,在成熟果实中表达水平较低。     

甜瓜反义酸性转化酶基因对甜瓜的遗传转化

利用子房注射法将甜瓜反义酸性转化酶基因导入厚皮甜瓜自交系‘0123’果实, 应用PCR和Southern Blot对后代进行分子鉴定。结果表明, 330株甜瓜转化植株中, 有2株为阳性转基因植株, 转化率约为0.6%。进一步研究发现, T0代转基因甜瓜植株生长势减弱, 果实比对照小30%左右, 但可溶性糖含量比对照提高了52%。PCR和PCR - Southern Blot鉴定表明, T0-1的自交后代没有基因丢失, 反义酸性转化酶基因已在转基因植株中稳定遗传。T1代转基因植株生长势也明显减弱, 但成熟果实可溶性总糖含量提高了26% , 蔗糖含量比对照提高了2.5倍, 果糖和葡萄糖含量略有降低, 酸性转化酶活性比对照明显降低。这些结果表明, 反义酸性转化酶基因通过降低酸性转化酶活性, 调控了甜瓜果实蔗糖代谢过程, 改变了甜瓜果实糖分组成, 同时抑制了植株生长。     

甜瓜果实酸性转化酶基因cDNA片段的克隆

 根据在GenBank中登录的番茄、胡萝卜和柑桔等酸性转化酶基因的保守序列设计引物，采用RT-PCR方法，从甜瓜果实总RNA中扩增出目标cDNA片段，克隆到pMD18-T载体中。序列分析表明，它与其它植物的酸性转化酶基因的同源性很高，与番茄氨基酸序列同源性为99％，说明已经成功克隆到甜瓜果实酸性转化酶基因cDNA片段，在GenBank中登记号AF490425。     

君子兰转化酶基因片段(CMCW1)的克隆和序列分析

 分析植物酸性转化酶基因的保守区序列，设计一对PCR引物，以君子兰基因组DNA为模板，采用PCR方法扩增出长约500 bp的DNA片段，克隆入pGEM-TEasy载体，测序结果表明获得君子兰酸性转化酶基因家族的一个成员CMCW1，该基因片段长518 bp，不含内含子，编码172个氨基酸。其序列已在GenBank中登记(登记号为AY151269)。在GenBank中进行同源性检索的结果表明，该成员编码的氨基酸与其它植物细胞壁酸性转化酶编码的氨基酸同源性较高。     

水分胁迫对番茄幼苗转化酶表达及糖代谢的影响

 以栽培番茄品种‘Ailsa Craig’的6 叶期幼苗为试材, 在水培条件下研究了5 %、7. 5 %和10 %聚乙二醇(PEG) 水分胁迫对叶片转化酶种类和活性表达及葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉代谢的影响。结果表明, 随着水分胁迫强度的加大, 可溶性酸性转化酶和胞壁转化酶活性增强, 己糖和蔗糖水平提高, 持续的强水分胁迫(10 % PEG) 使转化酶和可溶性糖水平显著增加, 而淀粉含量降低。     

番茄果实酸性转化酶基因cDNA片段的克隆

根据酸性转化酶基因的保守序列设计引物 ,采用RT PCR方法 ,从番茄果实总RNA中扩增出目标cDNA片段 ,克隆到pMD18 T载体中。在所测的 10 38个核苷酸中 ,与GenBank中登记号为M810 81的番茄果实酸性转化酶基因高度同源 ,同源性为 99%。该基因片段在GenBank中已登记 ,登记号为AF4 90 5 30。     

蔗糖代谢相关酶在卡因菠萝果实糖积累中的作用

以菠萝品种卡因为材料,测定了不同发育时期果实中蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及蔗糖代谢相关酶-酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明,卡因果实的发育呈单"S型"曲线,在幼果期到果实迅速生长期,果糖和葡萄糖积累较多,蔗糖积累缓慢,此期蔗糖积累较少与高活性蔗糖转化酶有关;进入成熟期,果实中蔗糖迅速积累,而己糖略有上升,果实蔗糖的显著增加主要与SS和SPS活性有关.酸性转化酶和中性转化酶前期活性很强,后期降低;蔗糖合成酶(合成方向)和蔗糖磷酸合成酶的活性变化趋势相似,前期弱后期强.经过相关性分析:果实中蔗糖含量与SS和SPS活性存在极显著的正相关性(相关系数分别为r=0.97273**和r=-0.91004**),而与NI活性呈极显著负相关(r=-0.76419**),与AI的活性呈显著负相关(r=-0.60594*).     

越瓜果实发育过程中糖的变化与相关酶活性的关系

以从各地搜集的6 个越瓜品种为试材,对越瓜果实糖含量及蔗糖代谢相关酶进行了研究。结果表明：不同越瓜品种之间糖含量差异较大,凤台越瓜、田集越瓜、刘集越瓜3 个品种可溶性固形物含量及糖含量较高;随着果实的发育蔗糖磷酸合成酶活性呈递增趋势,且在果实各个发育期田集越瓜的蔗糖磷酸合成酶活性均最高;而转化酶活性则随着果实发育呈下降趋势,凤台越瓜和田集越瓜的酸性转化酶及中性转化酶活性在各个发育期均最低;中性转化酶在毛集越瓜、潘集越瓜、青皮越瓜、刘集越瓜中相对较高,且随着果实发育活性下降,至果实成熟时活性达到最小值;除刘集越瓜外,其他品种的蔗糖代谢酶活性在果实不同发育期均没有明显变化。以上结果表明,不同越瓜品种蔗糖含量差异是由蔗糖磷酸合成酶、酸性转化酶和中性转化酶活性共同决定的,其中酸性转化酶在越瓜蔗糖积累中占主导地位。     

甜瓜果实酸性转化酶基因反义表达载体的构建(英文)

应用RNA反义技术抑制甜瓜果实发育过程中酸性转化酶活性,促进蔗糖积累,从而为培育优质品种提供了可行的新方法。将已克隆到pMD18-T载体上的甜瓜酸性转化酶基因用BamHⅠ和HincⅡ双酶切,得到该基因编码区1038bp的cDNA片段,将其定向插入到植物表达载体pROK2的BamHⅠ/SmaⅠ克隆位点,构建了甜瓜酸性转化酶cDNA反义表达载体(Anti-MAI1)。采用冻融法将其转入根癌农杆菌LBA4404,得到了完整的Ti质粒表达载体系统。利用叶盘法转化烟草,经PCR和PCR-Southern杂交检测,证明此基因已整合入烟草的核基因组中。     

蔗糖代谢相关酶与果实糖代谢

蔗糖是高等植物光合作用的产物,蔗糖代谢是糖积累的重要环节,蔗糖相关酶——转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶对果实中糖分的代谢起着关键作用,近些年来,有关蔗糖相关酶在果实中的作用的研究已成为热点,本文介绍了果实中糖的运输,转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶与果实糖代谢的关系,以期为相关研究提供参考。     

大棚翠冠梨果实糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的研究

以大棚翠冠梨为试材(露地栽培作对照),研究了果实生长发育过程中糖积累以及与蔗糖代谢相关酶活性的季节变化,并对果实中糖积累与酶活性关系进行了分析.结果表明,随着果实生长发育,大棚和露地翠冠梨中山梨糖醇、果糖、葡萄糖和蔗糖持续积累.与露地栽培相比,大棚栽培降低了总糖特别是蔗糖的含量.酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)在...     

疏粒处理对“赤霞珠”葡萄果实含糖量及相关代谢酶活性的影响

以酿酒葡萄品种"赤霞珠"为试材,分析了不同疏粒量处理对始熟期后葡萄叶片内容物、果实大小、果实糖酸含量及果实酸性转化酶活性的影响。结果表明:从始熟期开始随着果实成熟,对照和处理的果实纵横径及糖含量均逐渐增加,而果实酸含量及叶片中可溶性糖含量均逐渐降低;与此同时,可溶性酸性转化酶活性都呈先降低后升高趋势而细胞壁酸性转化酶活性却持续升高。另一方面,在相同果实成熟期随疏粒量的增加,果实糖含量明显上升,酸含量明显下降,而可溶性酸性转化酶及细胞壁酸性转化酶的活性均升高。另外,疏粒处理对各时期果实纵横径、叶片叶绿素影响不大,但随疏粒量的增加,各时期叶片可溶性糖含量却逐渐降低。对果实酸性转化酶活性、叶片可溶性糖及果实含糖量进行相关性分析发现,细胞壁酸性转化酶活性与叶片可溶性糖含量呈显著负相关而与果实含糖量呈显著正相关,而且随着果实疏粒量的增加,相关性有升高趋势。总之,葡萄果实成熟期疏粒处理对葡萄果实中的酸性转化酶产生一定影响,尤其是细胞壁酸性转化酶,最终可能改变了葡萄树体的库源关系,增加了果实库强,使更多的碳水化合物分配到果实中。     

‘红富士’苹果果实蔗糖代谢与酸性转化酶和蔗糖合酶关系的研究

 ‘红富士’苹果果实生长发育过程中糖积累和糖代谢相关酶活性的变化规律表明, 发育前期, 可溶性酸性转化酶和细胞壁结合酸性转化酶活性与此阶段果实中可溶性糖的积累量呈显著的负相关; 发育后期, 蔗糖合酶与蔗糖的积累水平呈显著的正相关。据此认为,红富士苹果果实蔗糖代谢可能主要受到酸性转化酶和蔗糖合酶的调控。     

番茄酸性转化酶cDNA片段的克隆与表达分析

 根据番茄细胞壁束缚性和可溶性酸性转化酶基因序列分别设计引物, 以普通栽培型番茄(Lycopersicon esculentum ) ‘辽园多丽’和‘桃太郎’及野生番茄(Lycopersicon chmielewskii) 的幼苗为材料提取总RNA, 采用RT2PCR方法, 扩增出目的cDNA序列的部分片段并克隆到pMD18-T载体中。经测序后发现不同基因型番茄的酸性转化酶基因具有高度同源性, 达到99.5%。进一步检测其在‘辽园多丽’果实发育不同时期的表达变化, 结果表明主要在成熟果实的胶质胎座中大量表达, 而在果实的其它部位几乎检测不到其表达。     

蔗糖代谢相关酶的研究进展

植物生长发育所需要的光合产物大部分以蔗糖的形式供应和运输,而与蔗糖合成密切相关的酶主要有3种:蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶转化酶。这3种酶对植物的生长发育有重要的影响,现对这3种酶的代谢及生理生化功能作以综述。     

蔗糖代谢相关酶在果实中的作用

蔗糖积累是果实品质形成的关键,而蔗糖代谢又是糖积累的重要环节,现综述近年来果树中蔗糖代谢关键酶--转化酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)在果实发育期间对果实内糖类物质代谢的作用特性,以期为果品生产中适时采取措施合理调控糖类代谢,提高果实品质提供参考.     

基质培对草莓糖酸和某些生理特性的影响

研究了基质培对丰香和枥乙女草莓糖酸和某些生理特性的影响。结果表明基质培草莓的果实可溶性固形物和可滴定酸含量均略有下降,但不影响固酸比。果糖、葡萄糖和蔗糖三者的比例发生了变化,其中葡萄糖稍有增加,果糖和蔗糖略有减少。酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)活性在果实刚着色时变化不大,糖积累也较少;进入着色期后,AI和NI活性明显升高,糖积累亦较多。ABA含量在果实着色初期几乎为0,果实2/3着色后直线上升,这时果实正处于糖迅速积累阶段,基质培的ABA含量始终略高于土培;IAA含量在果实成熟过程中一直呈下降趋势,A鄄BA含量的迅速增加发生在IAA含量快速下降之后,基质培的IAA含量始终低于土培。