植物萜类合成代谢途径及限速酶的研究进展

萜类化合物可提高植物的抗病和抗真菌能力,是重要的次生代谢物,具有抗肿瘤、抗白血病和抗氧化等多种生理活性,具有可观的市场价值,是化妆品、医药等领域不可或缺的成分。随着人们生活品质的日渐提升,萜类化合物产品的应用愈来愈频繁,其良好的市场前景使得它的合成代谢途径逐渐成为植物次生代谢领域的研究热点。本研究主要综述了植物萜类合成代谢的两种途径的研究进展、途径中限速酶基因的克隆现状以及三个限速酶的生物学意义、结构等,为进一步提高植物萜类含量提供参考。     

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。     

长春花法呢基焦磷酸合酶基因的克隆与组织表达分析

萜类吲哚生物碱是重要的植物次级代谢产物,是多种天然药物的药效基础,具有显著的消炎、抗病毒、抑制肿瘤等作用。而长春花(Catharanthus roseus)作为重要的药用植物可以通过次级代谢合成150多种萜类吲哚生物碱,但是长春花萜类化合物的代谢途径尚未完全解析,究其原因则是受到代谢通路中关键酶的限制。法呢基焦磷酸合成酶(FPPS)是植物萜类物质合成途径中的关键酶之一,但仅发现在拟南芥等植物的萜类化合物合成过程中发挥重要的作用。因此,为了深入探究FPPS对长春花次级代谢途径是否也发挥重要作用,本研究通过生物信息学、分子生物学等研究手段,基于拟南芥法呢基焦磷酸合成酶序列,对长春花转录组数据库进行序列比对分析,首次发现并成功克隆两个FPPS同源基因,并将其命名为CrFPPS1与CrFPPS2。进一步通过系统进化树分析表明,CrFPPS1和CrFPPS2与拟南芥、缬草等植物FPPS的氨基酸序列相似性均在80%以上。RT-qPCR结果显示CrFPPS在长春花不同组织表达特征不同,因此推测CrFPPS1与CrFPPS2的功能并不完全相同。初步表明CrFPPS是长春花次级代谢通路上具有生物学功能的...     

植物花香物质合成与调控研究进展

花香是观赏植物重要的观赏性状之一,深受消费者的欢迎。花香物质主要是萜类和苯环型化合物。萜类化合物中的单萜和倍半萜是观赏植物主要的花香成分,它们分别是通过MVA和MEP途径,在萜类合酶的催化作用下合成。萜类合酶的种类和功能决定了萜类物质的多样性,随着大量有价值的萜类被发现,萜类合酶已成为萜类化合物生物合成及调控的研究焦点。苯环型/苯丙烷类是花香成分的第二大类物质。目前从观赏植物中已经分离出大量的花香物质合成基因,并对它们的结构、功能及表达模式进行了分析研究;同时发现一些转录因子调控萜类和苯丙烷代谢途径基因表达,这些为人们了解花香释放规律,使用基因工程定向改变花香物质成分和含量提供理论基础。本综述对观赏植物的花香成分、测定和分析方法,编码花香物质合成的关键酶基因及迄今发现的调控花香物质合成的转录因子等方面进行了综述。     

棉花抗黄萎病生理与生化机制研究

本文概述了棉花抗黄萎病的特点与规律,指出棉花植株是通过自身组织结构的强化、植物抗毒素的合成以及微生物之间的互作三方面应对黄萎病菌的侵染。认为棉花植株主要通过促进木质素生成和增加积累量以强化组织结构。在棉花抗病反应中以植物抗毒素的合成为主要途径,包括萜类、酶类和激素类3类化学物质,其中酶类物质如几丁质酶已经在很多植物中被证明具有抗病作用,但是其具体作用途径仍不清楚。土壤中某些微生物也可以对黄萎病菌产生作用。重点讨论了在棉花抗黄萎病信号通路中重要分子磷酸激酶和磷酸酯酶在植株抗性防卫中起着级联调控开关的作用,在现有信号调控研究基础上其在抗病机制中可能的参与途径。对目前棉花抗黄萎病分子育种研究中存在的主要问题和可能的解决途径进行了探讨,展望了其发展的方向。     

白木香倍半萜合酶基因AsVS的克隆与表达分析

法尼基焦磷酸(farnesyl diphosphate, FPP)是植物萜类化合物合成途径的重要前体之一,经不同的酶催化可形成各类萜类化合物,Vetispiradiene合酶可催化FPP形成Solavetivone和Lubimin的前体Vetispiradiene。本研究利用白木香转录组数据,首次克隆了编码白木香Vetispiradiene合酶的基因(命名为As VS, Genbank登录号为MH378283),AsVS基因序列全长为1 632 bp,编码543个氨基酸,该氨基酸序列与马来沉香倍半萜合酶聚类于同一分支,具有较近的亲缘关系,该蛋白植物倍半萜的保守性结构域DDXXD,NST/DTE和R(R)X8W,相对分子量为62.73 kD,理论等电点为5.51,包含40个磷酸化位点;二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主;不含跨膜结构域。RT-qPCR分析结果表明AsVS基因在结香剂处理过程中于白木香茎干样品中持续上调表达,其第6天及第9天的表达量分别为对照处理的2.36和5.02倍。此结果为进一步研究As VS基因在白木香萜类化合物的合成及沉香致香成分富集中的功能提供了理论基础。     

基于固相微萃取-GC/MS联用的除虫菊挥发性次生代谢产物分析

采用固相微萃取结合气质联用技术分析比较了除虫菊叶片与花序,以及花序5 个开放时期（花蕾期、初开期、平开期、盛开期、开放末期）挥发性次生代谢物的成分与释放规律。结果表明：（1）从除虫菊叶片与花序中共检测到19 种挥发性次生代谢物质,分别属于4 个类别：单萜类、多萜类、绿叶挥发物类以及其他等;绿叶挥发物与多萜类是其中具有较高质量分数的化合物类别;（2）在除虫菊花序的不同开放阶段,各类挥发性成分的释放规律不同;花序挥发的次生物质比重最大的(E)-β-法尼烯的释放量在初开期达到最大值;绿叶挥发物类在花蕾期的释放量最高,并且随着花序的发育其释放量呈现逐渐降低的趋势;单萜类与其他类别的挥发物则都是在盛开期后的释放量有所升高。研究结果为了解除虫菊挥发性次生代谢物质成分奠定了基础,为除虫菊抗虫研究提供了依据。     

基于改进的Southern杂交法检测古树木端粒长度的研究

研究旨在利用DNA印迹法测量端粒长度从而预测植物的年龄,但木本植物体内富含黄酮类、酚类、多糖、萜类等次生代谢物质,严重影响了提取的基因组DNA产量和质量,以及后续的酶切及杂交实验结果。笔者以北京颐和园5种古树为实验材料,在传统CTAB法提取DNA基础上,不同树种分别添加2%~6%PVP,可有效去除次生代谢物质对DNA的干扰,可被限制性内切酶HinfⅠ酶切完全。同时,对DNA印迹法的其他实验参数如DNA量、曝光时间进行了优化,并进行了3种不同年龄古树端粒长度测定,结果显示古树的平均端粒长度要高于幼树,本研究建立的实验方法为多年生林木特别是古树端粒长度、树龄检测与寿命预测等提供了参考。     

影响烟草香气物质合成代谢途径关键酶基因的研究进展

文章详细叙述了与植物香气物质合成有关的3类主要合成代谢途径,并分别归纳苯丙烷代谢途径、异戊二烯代谢途径和生物碱合成途径中催化主要中间产物形成的关键酶基因功能与表达模式,重点阐述关键酶基因在烟草中的最新研究进展,提出目前除了在基因水平上进行表达水平调控、转基因作物改良之外,烟草中亟待进行更为深入的蛋白水平研究和代谢网络互作分析。通过上述分析,对下一步利用代谢工程改良烟草香气品质及其在农业生产领域的应用前景进行了展望。     

萜类化合物的化感功能及其开发应用前景

萜类化合物在植物生命活动中扮演着重要角色,在天然产物中所占比重最大,其中很多是植物化感作用的关键物质,并广泛应用于农业、工业、医药生产等领域。鉴于此,本文就萜类化感物质的类型、分布、环境影响、生理生态功能以及应用前景进行总结,以期为萜类化感物质研究与开发应用提供参考。     

棉花溶血磷酸酯酰转移酶(LPAT)家族基因的发掘和表达分析

棉花油脂合成相关代谢在控制油分形成、纤维发育等进程中起着重要作用。溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是植物油脂代谢过程中的一个关键酶。本研究利用雷蒙德氏棉全基因组数据库,通过生物信息学技术,鉴定并获得8个棉花LPAT家族基因的全序列和染色体定位等信息。通过序列比对进行系统进化和分类分析,明确这8个家族基因分布在6条染色体上,分为4亚类,其中第I类和第III类中各含2个基因、第II类1个、第IV类3个。组织表达分析表明这8个基因在棉花营养和生殖阶段均表现表达多样性。LPAT6和LPAT8在17 d胚珠中表达水平很高,推测在油脂合成代谢调控中起重要作用。8个LPAT基因均在纤维中优势表达,其中LPAT2、LPAT3和LPAT4表达水平更高,推测LPAT家族基因的表达参与棉纤维发育进程。     

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。     

OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响水稻产量的主要因素之一,开展水稻耐盐机制的研究十分必要。为了揭示OsWD40基因参与耐盐的分子机制,以日本晴和OsWD40过表达水稻株系为材料,用浓度为200mmol/L的NaCl分别处理0、12、24和48h,对其根系进行转录组测序分析。结果显示,比较日本晴和OsWD40过表达株系在盐胁迫相同时间（ST0与NT0、ST12与NT12、ST24与NT24、ST48与NT48）的基因表达量,分别检测到1950、1646、3499和1522个差异表达基因。其中,盐胁迫处理24h的差异表达基因多于0、12和48h处理。对4个比较组的差异表达基因分别进行GO功能富集分析和KEGG代谢通路分析,发现差异表达基因主要富集在盐胁迫响应、脱落酸响应和转录调控等GO条目中,富集的重要代谢通路主要是植物激素信号转导,植物MAPK信号传导途径和苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成相关的次生代谢途径等。同时,转录因子家族基因,如WRKY、MYB和bHLH等,在各比较组中呈现差异表达。由此推测,苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等植物次生代谢途径在OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫中发挥着重要作用,而且OsWD40可能介导响应脱落酸的基因转录调控,激活下游盐胁迫相关基因的表达。     

豆科植物中异黄酮类化合物生物合成的研究进展

异黄酮是一类主要在豆科植物中合成的次级代谢产物,鉴于异黄酮类化合物在维持人类和植物健康的过程中发挥的重要作用,人们不约而同地把研究的重点集中于异黄酮的药理分析及其合成途径中来。异黄酮合成的前体为丙苯氨酸,通过苯丙氨酸途径合成最后以葡糖基化和丙二酰糖基化的衍生物形式贮存于液泡中,为方便在未来的研究,介绍了植物异黄酮及其相关衍生物合成途径的最新研究进展。     

黄黑籽甘蓝型油菜类黄酮途径基因SNP位点检测分析

类黄酮物质在植物花、叶、果实和种子颜色变化的过程中起着至关重要的作用,本研究以不同黄黑籽种皮材料为研究对象,采用基因同源克隆方法,获得17个类黄酮基因全长ORF序列,在核酸和蛋白水平上分别序列差异比较表明,这些基因在不同黄黑籽材料中共存在41个不同拷贝成员。在核苷酸水平上,检测到BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2的单核苷酸位点数目介于16~52之间,且BnTTG2在3个不同的位置上还存在多个碱基的连续性缺失现象(119~121 bp,183~189 bp和325~330 bp),但在蛋白水平上仅存在2~16个氨基酸位点差异,说明BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2在不同甘蓝型黄黑籽材料中存在单核苷酸位点差异,而单核苷酸位点突变不一定导致氨基酸位点的变异。在不同黄黑籽材料中仅BnTT3和BnTT18存在一致性的氨基酸突变位点(252和87),推测BnTT3和BnTT18可能在黄黑籽甘蓝型油菜种皮颜色差异形成过程中发挥至关重要的作用。通过这些位点的等位特异PCR可以区分材料间透明种皮基因,为特异基因芯片的开发及阐明甘蓝型油菜种皮色泽性状的基因及其作用位点奠定基础。     

ssc-miR-486靶基因预测及生物信息学分析

通过对ssc-miR-486进行靶基因预测及生物信息学分析,以探索其影响猪脂肪沉积的作用机制。首先利用实时荧光定量PCR技术对脂肪沉积能力相差较大的莱芜猪和大白猪皮下脂肪组织中ssc-miR-486表达情况进行比较研究,然后利用miRBase、Ensembl、NCBI等数据库及miRanda、PITA、RNAhybrid、Cytoscape、JASPAR、Promoter Scan等软件对ssc-miR-486进行生物信息学分析,包括保守性分析、转录因子结合位点预测、靶基因预测、GO富集分析和KEGG信号通路富集分析。结果表明,ssc-miR-486在脂肪沉积能力较强的莱芜猪皮下脂肪组织中发生显著上调。生物信息学分析结果发现,miR-486在各物种间非常保守,ssc-miR-486启动子区域有SREBP1、SREBP2等多个转录因子结合位点,获得的229个靶基因显著富集于脂质代谢、脂质生物合成、细胞代谢等生物学过程及类固醇生物合成、磷脂肌醇代谢、PPAR等信号转导通路中。结果表明,ssc-miR-486参与了猪脂肪沉积或脂肪代谢的调控,为今后研究脂肪沉积提供基础理论支撑。     

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。     

‘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。     

Influence of methyl jasmonate in conjunction with ethanol on the formation of volatile compounds in berries belonging to the Rosaceae

The effect of methyl jasmonate in combination with ethanol on the formation of aroma constituents in berryfruit belonging to the Rosaceae was investigated. Postharvest treatments of raspberries, strawberries and blackberries were carried out. After evaluating the aromatic fractions of the berries, esters and terpenes were the most abundant compounds. There were different effects of the treatment according to the berry species. In contrast to raspberries, which exhibited a significant decline (p < 0.05) in the total amount of volatiles after treatment, a significant (p < 0.05) enhancement of total volatile compounds was observed in strawberries, while no significant effect was found in blackberries. Esters and terpene compounds responded similarly in strawberries and blackberries suggesting similarity in the biochemistry of their aroma synthesis. In contrast, raspberry volatile compounds showed a different pattern, reflecting different biosynthetic pathways for aroma formation in raspberry. The natural volatile compounds, methyl jasmonate and ethanol, seemed to have either promoting effects on the formation of the (−)-enantiomers of chiral terpenes and ionones or inhibitory effects on the synthesis of the corresponding (+)-enantiomers.     

藻类响应缺铁胁迫的光合机制研究进展

为了深入了解缺铁胁迫对藻类光合作用的影响,本文归纳了铁在光合电子传递链中的重要作用,总结了铁缺乏对藻类光合原件的破坏作用以及藻类的光合响应机制。围绕光合电子传递链,对容易受到铁缺乏影响的叶绿素、光系统、捕光天线等光合元件进行了归纳总结。研究得出,缺铁胁迫严重破坏藻类叶绿素的生物合成,影响光系统I(PSI)、光系统II(PSII)及其外周捕光天线的含量、活性和蛋白稳定性。藻类通过在光系统周围产生新的铁诱导蛋白或功能替代蛋白,调整光系统与捕光天线之间的结构与功能,应对缺铁胁迫。