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。     

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。     

基于FAE1和FAD2基因的油菜种子脂肪酸生物合成遗传调控

脂肪酸延伸酶1基因FAE1和Δ~(12)-脂肪酸脱饱和酶基因FAD2是植物脂肪酸生物合成途径中的两个关键酶基因,在同一甘蓝型油菜品种CY2中对这两个关键酶基因进行单表达和双表达遗传调控获得五种不同类型的具有相同遗传背景的转基因株系。本研究分析比较了种植于相同环境条件下的五类转基因株系及野生型对照的种子脂肪酸组成和含油量,结果表明,两基因单独和双重调控可显著改变油酸、亚油酸、亚麻酸、花生烯酸和芥酸等多种脂肪酸含量,其中两个内源目标基因同时沉默种子中的油酸含量从20.5%提高到了82.8%,拟南芥FAE1基因籽粒特异表达种子中的芥酸含量由43.9%增加到了60.2%。与野生型对照相比,五类转基因种子中的十八碳不饱和脂肪酸相对比率和油酸脱饱和比例均发生了显著变化。此外,增强FAE1基因表达后种子含油量有所提高,而沉默两个目标基因的表达则使种子含油量降低,表明两个关键酶基因调控对油脂合成与积累也产生一定影响。     

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。     

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.     

辣椒素的提纯研究

介绍了辣椒素类物质的化学组成、结构和理化性质,综述了近年来国内外辣椒素的提取、纯化方法。     

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。     

植物抗寒相关功能与调控基因研究进展

低温是严重影响农业生产的重要因素之一,尤其是在高海拔的冷凉地区。近年来随着抗寒基因工程的发展,有关植物抗寒性的研究得到了很大的进展。本研究从抗寒相关的功能基因和调控基因两方面入手,归纳了就近几年国内外关于植物的抗寒相关功能基因（冷诱导基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因和抗氧化酶基因等）和调控基因（AP2/EREBP、NAC、MYB、WRKY和bZIP转录因子）并提出了展望,以期为人们进一步认识和利用植物抗寒相关基因提供参考,为植物抗寒机理的研究和植物抗寒育种提供依据,期望随着研究的深入能够培育出多抗寒性植物新品种。     

水稻稻瘟病抗性基因研究综述

In this paPer，authors gave the review of research progress in rice blast resistance genes．Number of genes conferring rice blast，widely used resistant materials to blast and method of rice blast identification have been summaried in details．The strategies of rice blast resistance breeding are also discussed．     

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。     

小麦铝胁迫相关基因的研究进展

铝胁迫是世界范围内酸性土壤中抑制作物生长的主要因素。铝胁迫能够抑制细胞伸长和细胞分裂,导致根部发育迟缓并伴随着水分和营养吸收的降低。目前,铝胁迫对谷物尤其是小麦、黑麦等的影响进行了一系列遗传分析研究。在铝胁迫处理的Warigal小麦（Al敏感品种）中发现了7个wali基因,分别为wali1,wali2,wali3,wali4,wali5,wali6和wali7。wali1编码植物类金属硫蛋白,与拟南芥、大豆、豌豆、野生猴面花、玉米和大麦等植物金属硫蛋白同源;wali2编码的蛋白与数据库中的其他序列没有明显的同源性;wali3,wali5和wali6编码的蛋白是丝氨酸蛋白酶抑制剂Bowman-Birk家族的成员,具有该家族的保守结构域;wali4编码的蛋白与苯丙氨酸解氨酶（PAL）同源;wali7与玉米、水稻的茎部特异性基因具有较高同源性,编码的蛋白是Gn_AT_II家族的一个成员。随后,在Victory小麦（Al敏感品种）分离出β-1,3-葡聚糖酶和fimbrin-like细胞骨架蛋白基因;在Atlas 66小麦（Al敏感品种）筛选出4个铝调控基因war4.2、war5.2、war7.2和war13.2,序列比对显示四个基因分别与过氧化物酶、半胱氨酸酶、苯丙氨酸解氨酶和草酸氧化酶同源。铝胁迫影响了植物生命活动的方方面面,植物也进化出了许多措施来对抗铝胁迫。此文主要就小麦铝胁迫相关蛋白的基本结构特征、生物学功能、表达调控以及最新研究进展进行综述。     

植物功能基因单核苷酸多态性的研究进展

单核苷酸多态性(SNP)的挖掘和检测目前是一个被广泛关注的研究热点。为能够明晰功能基因SNP和中药材生理活性物质的形成及药材产地之间关系的研究思路,本研究简要归纳了次生代谢功能基因、抗逆性功能基因和农艺性状功能基因等SNP的研究及应用,并对功能基因SNP与植物地理分布关系的研究进行了总结分析。同时,认为借鉴遗传背景清晰的物种挖掘和开发SNP信息用来对其他药用植物开展研究、参照有效成分生源途径较明确的物种对其他药用植物进行相关代谢关键酶基因的探究性研究,是解决数量浩瀚而遗传背景有限的药用植物基因研究的不错的路径,此外提出优良农艺性状或特殊生理现象基因应该成为药用植物功能基因研究的关注点。     

甜菜碱合成途径及其在基因工程育种中的应用

在不良的环境胁迫条件下许多生物体内大量积累甜菜碱,甜菜碱是一种小分子渗透调节物质,它可以调节细胞渗透势,保护蛋白质结构和代谢酶类。由于甜菜碱的合成途径相对简单,通过基因工程技术将甜菜碱生物合成途径导入到不能自身合成渗透调节物并对胁迫条件敏感的重要农作物中,赋予其合成甜菜碱的能力,最终提高其抗性,已经成为当今抗逆育种的重要手段之一,并取得了一定的成绩。不同生物体内甜菜碱的合成途径、催化酶类、反应底物有所不同。在高等植物体、大肠杆菌和土壤细菌中,甜菜碱以胆碱为直接底物,经一或两步氧化而成。其底物胆碱来自于生物体内丝氨酸衍生物的甲基化。反应涉及的相关酶类和基因已经获得,该途径的基因工程研究也在一定程度上提高了转化株的抗性,但底物限制问题没有得到解决。嗜盐隐杆藻中存在另一条完全不同的途径,以甘氨酸为底物由2个不同的甲基转移酶催化完成几个连续的甲基化反应生成甜菜碱,该途径不存在底物限制。本文全面地介绍了不同生物体中甜菜碱合成途径、相关酶类基因及各途径在植物抗逆育种中的应用现状的同时总结了个别途径应用中存在的问题,并提出了可行的解决方案。     

尖孢镰孢菌致病机理及相关致病基因研究进展

尖孢镰孢菌是农作物和园艺作物上为害最严重的土传病原物之一,目前仍缺乏有效的防治措施,而明确其致病机理被认为是开发新的且有效的防治技术的重要基础。本文从尖孢镰孢菌产生毒素、尖孢镰孢菌细胞壁降解酶、尖孢镰孢菌对寄主的定植及对植物防卫物质的解毒等角度阐述了尖孢镰孢菌致病机理,总结了近几年克隆的15个尖孢镰孢菌致病相关基因、基因功能以及筛选致病基因的策略;概括了研究致病机理和致病基因的意义。     

作物矮化基因与GA信号转导途径

矮化性状的利用,显著提高了小麦和水稻等作物的产量,从而引发了上世纪发生的响誉全球的“绿色革命”。一些控制矮化性状的基因已相继克隆,这些矮化基因的功能在于干扰植物激素—赤霉素（GA）的作用和合成,从而使植株表现为矮化。小麦Rht基因编码生长阻遏物,其功能可被GA所抑制。水稻sd1基因编码GA生物合成途径中的缺陷型酶,即GA20-氧化酶（GA20ox）。GA 亦可使sd1隐性突变体植株高度恢复正常。     

遮光对辣椒果实中辣椒素及其相关酶的影响

分别在辣椒的定植期、花期、绿熟期、红熟期进行遮光处理,对辣椒素含量及其代谢中相关酶的关系进行研究。结果表明:绿熟期遮光处理辣椒素含量最高,其次是花期遮光、定植期遮光、红熟期遮光,对照的含量最低。绿熟期遮光处理苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性最高,花期和定植期遮光次之,再次是对照和红熟期遮光。过氧化物氧化酶(POD)活性,红熟期和定植期遮光最高,其次是对照和花期遮光,绿熟期遮光最低。多酚氧化酶(PPO)活性,对照和红熟期遮光较高,定植期和花期遮光次之,绿熟期遮光最低。由此表明,遮光增加了辣椒素含量,绿熟期遮光效果较好。辣椒素含量高时,PAL活性高,但POD和PPO活性低,表明辣椒素含量与三种酶的活性有相关性。