植物类胡萝卜素代谢调控的研究进展

类胡萝卜素是高等植物必不可少的一类色素物质,能够保护植物组织勉受强光破坏,同时还是合成维生素A的前体,对人类的营养和健康起着重要的作用。类胡萝卜素的代谢途径已经清楚,近十几年来的研究主要集中于类胡萝卜素代谢的调控机理。本综述介绍了植物类胡萝卜素代谢的调控机理及基因工程方面的研究进展,并对今后类胡萝卜素的代谢调控研究进行了展望。     

植物类胡萝卜素生物合成及其调控与遗传操作

类胡萝卜素是生物体内通过类异戊二烯途径合成的、自然界广泛存在的一大类天然色素物质的总称。近年来,类胡萝卜素生物合成基因的分离和功能鉴定与有关类胡萝卜素生物合成调控机制研究的新进展,使通过遗传操作调控植物体内类胡萝卜素生物合成途径成为可能。本文主要综述了近年来类胡萝卜素生物合成及其调控研究的进展,并介绍了应用转基因技术改变植物体内类胡萝卜素成分与含量的成功事例。     

皂荚类胡萝卜素合成途径基因表达分析及miRNA调控的鉴定

皂荚是豆科皂荚属落叶乔木,具有较高的生态价值和药用价值。研究相关基因的表达、调控及功能,是分子改良植物的重要前提,而目前对皂荚基因表达调控的研究鲜有报道。为了探究皂荚荚果成熟过程中类胡萝卜素合成途径的基因表达和调控,本研究基于皂荚荚果两个不同发育期(7月, 9月)的转录组高通量测序结果,发现合成类胡萝卜素关键前体番茄红素的合成酶基因(CrtQ)在皂荚荚果成熟早期被显著抑制,而负责内源激素脱落酸(ABA)的合成酶基因(AAO3)被显著诱导;另外,研究发现miR838-3p可调控类胡萝卜素途径中合成番茄红素的前体的酶基因(CrtB)。本研究结果表明,类胡萝卜素途径中色素合成过程被miR838-3p抑制进而诱导脱落酸的合成从而在皂荚荚果成熟中起着重要作用,并可能会反馈促进次生代谢物皂苷的生成。研究首次鉴定了皂荚荚果发育中类胡萝卜素合成途径基因的表达模式,并揭示了miRNA的调控,该结果可为提高皂荚抗逆性或遗传改良荚果内重要次生代谢物皂苷含量提供分子线索和依据。     

辣椒红素的生物合成及代谢研究进展

近几年来,由于辣椒红素颜色鲜亮,易着色,保色期长,对人体无毒副作用等特点,在食品和化妆品行业被广泛使用,具有良好的发展前景。辣椒果皮色素母细胞的类囊体膜是合成辣椒红素的主要场所,而类胡萝卜素合成途径包括了合成辣椒红素的途径,许多基因在途径中起调控作用。IPI,GGPS,PSY,PDS,ZDS,LCYB,LCYE等基因是合成辣椒红素相关的基因。这些基因不仅在辣椒中合成辣椒红素,在其他植物生理过程中也起重要作用。该综述主要介绍了辣椒红素的合成途径和类胡萝卜素合成途径及这些基因在辣椒及其他植物中的研究进展,从而可以全面了解辣椒红素及相关基因在植物中的作用。     

辣椒不同发育时期果实着色的转录组分析

为研究辣椒果实不同发育时期着色的基因表达差异,探究参与或调控辣椒果实类胡萝卜素合成的基因或转录因子。本研究采用RNA-Seq技术对辣椒果实青果期(G)、转色期(B1,果实表面30%左右变色)、转色期(B2,果实表面50%左右变色)和成熟期(R)的辣椒果实进行了转录组测序分析。结果表明,G-vs-B1、B1-vs-B2和B2-vs-R上调和下调的差异表达基因(DEGs)分别为924个和2 188个;DEGs经GO富集分析主要集中在生物调控、应激反应、信号、代谢过程和生长等的生物过程;DEGs经KEGG富集分析主要富集在类胡萝卜素生物合成和淀粉、蔗糖代谢等信号通路,DEGs共注释到3 079个转录因子,包括AP2、MYB、MADS和ERF等类型,转录因子AP2在调控植物类胡萝卜素的生物合成方面已得到证实,但在辣椒果实着色过程中的作用还有待研究。本研究为进一步挖掘辣椒果实着色过程中的关键调控因子,解析调控类胡萝卜素生物合成提供理论基础。     

调控植物生物碱生物合成的转录因子研究进展

生物碱是植物中广泛存在的一种次生代谢产物,在抵御生物胁迫及非生物胁迫中发挥着重要作用。转录因子是调控基因转录翻译,控制基因表达量的一种蛋白质。转录因子通过诱导或抑制生物碱合成相关基因的表达来控制植物中生物碱的含量。目前有关调控SGA、烟碱、TIAs和BIAs生物合成的转录因子已有报道。本研究综述了参与SGA、烟碱、TIAs和BIAs生物合成的转录因子家族类型,转录因子在生物碱生物合成中的调控机制以及生物碱合成涉及的信号传导途径,以期为调控农作物中生物碱含量提供理论依据,培育出抗逆性强、安全和优质的农作物品种。     

植物花青素合成与调控研究进展

为了进一步阐述花青素在植物体内的合成机制,了解影响花青素合成的各类因子及其互作方式,本文归纳了调控花青素合成的内部因子和外部因素,总结了光、温度、糖类和激素等调控花青素生物合成的环境因素。围绕花青素的合成通路,就通路中的结构基因及其上游转录因子相关研究进行了总结。研究得出在植物中,各类外部因素和内在因子,通过主要的转录因子调控结构基因,影响花青素在植物体内合成与积累,维持植物体内花青素的动态平衡,这种调节机制既包括正向调控也包括负向调控。指出花青素的代谢途径逐渐完善,越来越多结构基因和转录因子的功能将被验证并被应用到观赏植物性状的基因工程改良的实践中。     

逆境胁迫下植物不饱和脂肪酸衍生物介导的防卫信号途径及转录因子研究进展

不饱和脂肪酸衍生物在植物胁迫应答中发挥着重要的生理功能,其介导途径中转录因子结合相应顺式作用元件,特异性调控防御相关基因表达,增强植物对环境胁迫的抗性。本综述概述了逆境胁迫下植物不饱和脂肪酸衍生物合成代谢途径和介导的防卫信号途径,总结了信号转导中相关转录因子的分类、结构及功能研究进展,旨在为植物不饱和脂肪酸衍生物介导途径调控网络在分子育种方面的利用提供参考,以期通过转录因子的遗传修饰改良植物抗逆性。     

植物花青素生物合成及调控

花青素是一类分布广泛的多酚类色素,使植物呈现多种颜色,可以吸引传粉者来繁衍后代,保护植物免受多种生物和非生物胁迫;因具有强氧化能力,能够预防多种疾病,其研究与应用在生物学和医用保健领域具有重要的价值。花青素的生物合成代谢是植物次生代谢途径的重要分支,随着生物学研究技术的发展,人们对花青素的生物合成及转录调控机制进行了深入研究。本综述对花青素生物合成代谢途径、转录调控、花青素生物合成途径中重要结构基因、重要转录因子MYB、bHLH、WD40以及参与调控花青素合成的microRNA进行了综述,旨在为植物花青素的合成代谢途径研究以及优质作物的品种改良提供参考。     

StGATA12对马铃薯(Solanum tuberosum)生长发育的影响

GATA转录因子是广泛存在于真核植物中的一类转录因子,它是锌指蛋白家族的成员,具有锌指结构,可以识别和特异性结合DNA序列。在调控植物开花时间、叶片延伸、花的发育以及光周期和光信号转导、叶绿素合成和碳、氮代谢调节等生物学过程中发挥重要作用。研究GATA家族的基因可以为作物增产提供一定的理论基础。本研究对转StGATA12基因的株系进行了生理生化分析,结果表明:转基因株系表现出叶面积、茎直径及单株结薯量增加的性状;叶绿素含量、淀粉含量增加;激素含量发生变化。由此可知,StGATA12转录因子在马铃薯叶绿素合成及激素平衡方面起着重要的调控作用。本研究初步阐明了StGATA12转录因子在马铃薯发育过程中的生物学功能和作用机制,丰富了植物GATA12基因的功能研究,并为培育优良的马铃薯新品种提供理论参考。     

SPL调控因子在植物生长调控的研究进展

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,它参与了植物叶、花、果实的发育、发育阶段转变、花青素的合成以及胁迫应答等调控过程。SPL转录因子家族成员均含有高度保守的SBP结构域,可以特异性结合所调控基因启动子的顺式作用元件,还可与其它调控蛋白相互作用,共同调控相关基因的表达。另外,SPL在转录后水平还受miRNA156/miRNA157的负调控。本研究从SPL调控因子在植物形态建成、次生代谢、生理胁迫中的表达调控研究进展方面进行综述。     

WRKY转录因子在植物逆境应答中的功能

WRKY转录因子是高等植物中最重要的转录因子基因家族之一,在植物应对生物胁迫(病原菌和病毒等)和非生物胁迫(干旱,盐害,冷害和热害等)等一系列逆境应答进程中发挥重要作用。目前高等植物中WRKY转录因子在调控植物应答生物胁迫和非生物胁迫中的相关功能进行了总结。在目前已经报道的WRKY转录因子功能基础上,分析了不同植物中WRKY转录因子的的逆境应答模式和功能特征,为未来探索作物WRKY转录因子的逆境应答调控机理奠定基础。     

转录因子WRI1在主要作物中的研究进展

在高等植物生长发育及对环境变化的应答中,转录因子通过调控启动子的方式来发挥调节作用。转录因子WRI1的靶基因主要参与脂肪酸合成和糖酵解,因而在植物脂肪酸合成和积累中起着重要的作用。本文阐述了近年来植物WRI1转录因子研究进展,主要包括WRI1在糖酵解和脂肪酸合成信号转导途径中的地位以及已克隆的WRI1基因时空表达特点和编码蛋白的结构特点。本文还就转录因子WRI1提高作物含油量的应用前景在棉花(Gossypium hirsutum L.)中的研究提出展望。     

果实涩味分子研究进展

涩味严重影响果实的风味品质,大多数作物果实中主要的涩味物质是单宁,因其对果实品质及人体的重要作用,成为近年来研究的热点。迄今,对单宁的生物合成路径和调控等方面的研究已有了较大进展。本文综述了果实单宁的化学特性、生物合成途径,以及合成途径中关键基因的调控等方面的研究现状和发展趋势,提出了今后这一领域需要研究的主要方向,以期进一步开展对单宁形成中不同环境因素和诱导因子的作用、转录因子的调控机理等方面的研究,运用现代分子生物学技术,调控果实中涩味物质的合成,改善其风味品质。     

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。     

油菜素内酯对植物根发育调控机制研究进展

大量研究表明,油菜素内酯(brassinosteroid, BR)在调控植物根发育过程中具有重要作用。本研究对BR在植物根发育过程中调控作用的研究进展进行了综述。阐述了BR特异的生物合成途径及其关键合成酶基因DWF4、CPD、DET2、CYP85A1、DAS5和转录因子Dof在根发育中的调控机制;BR对根尖干细胞生态位、分生组织区、细胞伸长区、过渡伸长区及分化区连续发育的调控机制;并归纳总结出BR与生长素(Auxin)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、乙烯(Ethylene)、茉莉酸(jasmonate acid, JA)等植物激素间调控根器官发育的互作方式,对阐明BR对植物根发育的调控机理具有重要意义。     

生长素响应因子(ARF)与植物遗传育种

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类能够特异结合生长素初期响应基因启动子中的Aux RE而发挥激活或抑制作用的转录因子。其对生长素合成的调控影响到植物生长发育的各个阶段。ARFs在植物生长发育的不同时期及不同部位中普遍表达,其作用机理的研究主要是通过其缺失突变体的功能来发挥。本研究综述了植物中的ARF家族的情况、其蛋白的基本结构及其作用机制,并重点阐述ARF参与的植物多种代谢途径和生长发育过程,分别从其与植物器官形成、果实生长及发育和抗逆特性等方面具体说明,这些候选基因资源对植物遗传改良和设定育种目标具有重要意义。     

温度对植物花青素苷合成影响研究进展

为了探明温度对植物花色呈色的影响,归纳了温度在植物花青素苷合成过程中的重要作用,总结了温度通过多种途径影响花青素苷的合成,分析了温度对植物花青素苷生理代谢、稳定性及关键色素酶活性的影响。认为温度在花青素苷的合成途径中以对关键色素酶活性的影响最大,指出花青素苷合成过程受多重因子影响,要探明植物呈色机制还应综合大量单因子及多因子的研究。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。