光照对大豆叶片苯丙氨酸裂解酶(PAL)基因表达及异黄酮合成的调节

异黄酮是大豆体内特别是种子中积累的一类重要的次生代谢产物,它具有特殊的生物效能。本实验在不同水平（RNA/酶/产物）上研究不同光照条件对大豆叶片异黄酮合成过程中的第一个关键酶苯丙氨酸氨基裂解酶（PAL）基因表达的影响。研究发现,在光照条件下pal表达量比黑暗条件下高,而且其影响程度与品种有关系,种子中异黄酮含量低的品种表现更敏感;其mRNA的合成受红光、蓝光、紫外光的促进,其中紫外光最有效;随着处理时间的延长,mRNA的量和酶活性增加;但是在异黄酮的积累水平上,随着紫外光照射时间的延长,表达量有所下降。     

光照对大豆幼苗组织中异黄酮含量和分布的影响

利用高效液相色谱（ＨＰＬＣ）测定了不同光照处理的大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅｍａｘ（Ｌ．）Ｍｅｒｒｉ．）幼苗不同组织的异黄酮类含量。子叶中最高,叶片和根部相对较少。子叶的异黄酮以大豆甙和染料木甙及其丙二酰基结合体为主,且在光照条件下,异黄酮含量随光照时间的增加而显著升高;相反,黑暗中的异黄酮含量随苗龄的增加呈下降趋势;当子叶由黑暗转为光照处理以后,异黄酮含量同样随光照时间的增加而升高。在叶片和根部异黄酮含量和种类也因光照条件的不同而有很大差异。光照条件下,叶片中以染料木甙及其丙二酰结合体和黄酮芦丁为主,且随时间增加呈上升趋势;黑暗中的黄化叶片,则以大豆甙和丙二酰结合体为主,但随时间的变化不明显。在幼苗根部,黑暗条件下几乎检测不出异黄酮的存在;光照条件下,则可检测到５种异黄酮,其中以大豆甙元及其衍生物占主要部分。实验证实了光照对大豆异黄酮的积累有明显的促进作用     

干旱胁迫对苗期大豆异黄酮合成的影响

以不同耐旱性的2个大豆品种(高耐旱JP-6、低耐旱JP-16)为研究材料,采用高效液相色谱和实时荧光定量PCR技术,分析不同时间持续干旱胁迫下,大豆叶片和根系中异黄酮的积累变化及关键酶基因的表达情况.结果表明:大豆根部异黄酮含量显著高于叶部,而异黄酮关键酶基因的表达量则在叶片中更高,耐旱品种JP-6根部的异黄酮积累量更大.随着干旱胁迫持续时间的增加,不同耐旱品种的异黄酮合成与积累变化规律存在显著差异:强耐旱品种JP-6的根和叶中,异黄酮积累量均呈现先下降后升高的趋势;而弱耐旱品种JP-16则相反,异黄酮积累量在不同部位中均呈现先上升后降低的趋势;除JP-6叶中C4H、4CL、IFS2等异黄酮合成上游基因外,其他不同品种、不同部位的关键酶基因表达量均随着干旱胁迫持续时间的增加,呈现先下降后上升的趋势.大豆叶片是异黄酮的主要合成部位,大豆根部也存在少量的异黄酮合成.弱耐旱大豆根部的异黄酮合成和最终积累量均较低,强耐旱品种则较高.根部异黄酮积累量高的大豆品种,其耐旱性更强.     

温度对大豆(Glycine max)种子发育过程中蛋白质、脂肪和淀粉积累过程的影响

目前人们仍不清楚温度是如何影响发育中的大豆（Glycine max L．）种子蛋白质和脂肪积累过程以及基因型不同的大豆是否对温度具有相同的反应。研究拟通过对3个基因型大豆在不同温度处理下,种子发育过程中的蛋白质和脂肪的积累模式研究,以了解温度对种子组分的调节机理。3个基因型大豆品种（Evans,PI132．217,和Proto）种子盆栽在温度为27／20％（中温）的生长箱中生长到开花。在开花后第10天,将其中的一个生长箱的温度调节到35／27℃（高温）;另一个调到20／12℃（低温）。生长在高温和中温条件下的大豆,在开花的第21天开始收集豆荚,每3d取1次样。生长在低温条件下的大豆,在开花的第25天开始收集豆荚,每5d取1次样。结果表明,3个基因型大豆种子均在高温下生长快,成熟早,在中温下生长速率最大,低温下生长速率低但种子生长期延长。当种子获得60％-70％总干重时种子脂肪含量达到最大（中温）,高温使其提前出现,低温则被推后。在低温下,种子中蛋白质和脂肪两者积累模式相同,但蛋白质积累速率低。在高温和中温条件下,种子蛋白质和脂肪的积累模式不同。在种子获得60％～70％的总干重之前,蛋白质和脂肪积累模式相同,但在种子获得60％～70％的总干重之后,蛋白质积累呈上升趋势,而脂肪积累停止或下降。同时在种子发育的晚期伴随着蛋白质含量增加,淀粉和蔗糖含量快速下降。虽然3个基因型大豆种子的蛋白质和脂肪积累模式均明显受温度影响,但在不同温度条件下和不同生长阶段中高蛋白质品种Proto和PI132．217（蛋白质稳定型）蛋白质含量总是高于低蛋白质品种Evans,而且两者差异显著。这一研究表明温度不能改变品种在蛋白质和脂肪合成上的遗传特性。遗传育种在提高大豆种子蛋白质含量上仍起决定作用,但是合理的播种时期在提高大豆种子蛋白质和脂肪含量上也是不可忽视的问题。     

荫蔽信号对大豆幼苗异黄酮合成的影响

荫蔽导致植物所受红光/远红光(R/FR)比值下降,为探究荫蔽对大豆幼苗异黄酮合成的影响,本试验以耐荫性差异显著的大豆品种"ND12"和"C103"幼苗为研究材料,分别施以不同比例红光/远红光(R/FR)处理,对其叶片、下胚轴、根系中异黄酮积累量及关键酶基因表达情况进行比较研究。结果表明,低R/FR条件下,强耐荫品种"ND12"叶片中总异黄酮及染料木素GE的含量极显著上升,下胚轴中极显著下降,弱耐荫品种"C103"则相反。同时,低R/FR使强耐荫品种"ND12"叶片中异黄酮合成关键基因IFS2、4CL、C4H和CHI的表达量极显著上调,其变化趋势与异黄酮积累变化规律一致,而弱耐荫性品种"C103"则存在较大差异。荫蔽信号诱导耐荫型大豆品种异黄酮合成,并在受胁迫部位叶片中大量积累。本研究初步揭示了荫蔽信号(低R/FR)对苗期大豆异黄酮的调控规律,为研究大豆异黄酮响应荫蔽信号的调控机理奠定了基础。     

盐生野大豆的异黄酮积累及其生态学意义

以自然生长在盐碱地上的野大豆(Glycine soja)和不耐盐的栽培大豆(G. max)为材料,测定了它们在不同盐度条件下叶片、根部和种子的异黄酮含量,并测定了它们叶片的L-苯丙氨酸含量和苯丙氨酸裂解酶(PAL)活性,还测定了它们根部的结瘤量和固氮酶活性。通过两者比较,分析了它们的大豆异黄酮代谢和盐渍环境的关系。结果表明:盐渍处理不抑制盐生野大豆PAL酶的活性,其大豆异黄酮大量积累;相反,盐渍处理明显抑制栽培大豆PAL酶活性,其大豆异黄酮含量减少,而大豆异黄酮合成前体L-苯丙氨酸积累。结果还显示:在盐渍条件下,盐生野大豆根部异黄酮积累的同时,其根瘤结瘤量较多,且固氮酶活性也较高;而栽培大豆随着其根部异黄酮的减少,其根瘤结瘤量大大减少,且固氮活性大大下降。野大豆和栽培大豆的这些差别说明:盐生野大豆积累大豆异黄酮有其生态学意义,这很可能是野大豆通过异黄酮次生代谢途径适应盐渍环境的一种重要机制。     

花生种子萌发过程中胚轴多胺氧化酶的活性变化

研究花生（Ａｒａｃｈｉｓｈｙｐｏｇａｅａ）种子萌发过程中胚轴多胺氧化酶（ＰＡＯ）的活性变化及其与种子萌发的关系表明：胚轴中的ＰＡＯ活性是在种子萌发过程中逐渐形成的,而黑暗条件更有利于该酶的活性形成;放线菌素Ｄ（１０ｍｇ／Ｌ）、环己酰亚胺（１０ｍｇ／Ｌ）处理对种子萌发的抑制率分别为２６．３％和８７．３％,对胚轴ＰＡＯ活性的抑制率分别为４１．１％和９４．０％,显示胚轴中的ＰＡＯ很可能参与花生种子的萌发过程,且其ｍＲＮＡ在种子发育过程中已合成并贮存于种子中,萌发时ＰＡＯ活性的出现主要是由于这些ｍＲＮＡ转译合成了ＰＡＯ。     

大豆异黄酮合成途径相关基因差异表达分析

大豆异黄酮是一种应用广泛、具有医用和保健功能的活性物质。为揭示异黄酮合成途径相关基因表达差异,本研究采用实时定量PCR技术分析相关基因在不同大豆品种、发育时期及组织部位的表达。结果发现,苯丙氨酸解氨酶基因PAL、肉桂酸羟化酶基因C4H、香豆酸辅酶A连接酶基因4CL在高异黄酮品种中豆27 R2期叶片中的表达量显著高于低异黄酮品种楚秀;查尔酮合成酶基因CHS、异黄酮合成酶基因IFS在中豆27 R8期子粒中的表达量显著高于楚秀;细胞色素还原酶基因CPR在中豆27 R7期叶片与子粒的表达量与楚秀相比显著降低。这些差异表达的基因可能是形成大豆品种异黄酮含量高低的重要原因。     

大豆籽粒发育过程中异黄酮合成相关酶基因的表达模式与异黄酮积累的相关分析

利用高效液相色谱法和实时定量PCR方法,分别测定了2个异黄酮含量显著差异的大豆品种鲁黑豆2号(LHD2)和南汇早黑豆(NHZ)在子粒发育过程中的异黄酮含量变化以及异黄酮合成相关酶基因的表达模式变化,试图分析异黄酮积累与各基因表达量变化的相关关系。结果表明在大豆子粒发育过程中,异黄酮含量逐渐升高,而不同异黄酮合成相关酶基因的表达趋势不同,CHS7、CHS8、CHR、CHI1A和IFS2的表达趋势与异黄酮积累模式基本一致,而IFS1和CHI1B1的表达趋势与异黄酮积累模式相反。IFR的表达模式在2个大豆品种中存在相反的趋势,在LHD2中与异黄酮组分积累趋势相反,而在NHZ中与异黄酮组分积累趋势相同。结果还表明,同一基因家族中不同基因在子粒发育过程中的表达量也存在差异。查尔酮合酶基因家族中CHS7和CHS8以及查尔酮异构酶基因家族的CHI1A的表达水平相对其他成员较高,异黄酮合酶基因家族中IFS2的表达量显著高于IFS1的表达量,预示这些基因家族在大豆子粒异黄酮积累过程中存在功能分化。此外,各基因表达模式与异黄酮积累的相关分析结果表明,不同基因表达模式与异黄酮积累的相关性在2个品种中也不尽相同。LHD2中CHS7、CHS8和IFS2在子粒发育过程中的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著正相关,CHI1B1基因的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著负相关。而在NHZ中,IFR在子粒发育过程中的表达量变化与多个异黄酮组分呈显著正相关。这预示了不同大豆品种异黄酮含量差异的潜在遗传基础。各异黄酮合成相关酶基因表达量变化的相关分析表明,在2个品种中,苯丙氨酸水解酶PAL1与4CL,4CL与CHS2以及CHS1与IFS2基因的表达量均呈现显著正相关。表明这些基因可能通过协同作用共同调控异黄酮的合成与积累。这些结果为今后利用基因工程提高大豆异黄酮含量奠定了基础。     

豆粕营养成分对蝙蝠蛾拟青霉发酵产物的影响

为探索培养基中的豆粕以及制备豆粕的原材料大豆对蝙蝠蛾拟青霉发酵产物的影响,我们比较了不同品种大豆和用其制成的豆粕的主要营养成分含量,包括粗蛋白、粗脂肪、6种微量元素（钙、镁、铜、锌、铁、锰）和总异黄酮（大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷、大豆苷元、黄豆黄素、染料木素）,以及豆粕作为培养基对蝙蝠蛾拟青霉发酵产物的生物量和有效成分含量包括腺苷、腺嘌呤、虫草素和麦角甾醇的影响,结果表明大豆中钙和大豆苷与发酵产物中腺苷含量正相关。豆粕中钙、大豆苷、大豆苷元、染料木素与发酵产物中腺苷含量正相关;豆粕中钙、镁、大豆苷、大豆苷元、染料木素、总异黄酮与发酵产物中腺嘌呤含量负相关;豆粕中铁与菌丝体干重值正相关。结果表明,培养基中的豆粕和原料大豆主要营养成分含量对蝙蝠蛾拟青霉发酵产物品质有显著影响。     

泛肽交联酶(E2)通过苯丙氨酸解氨酶基因启动子参与水稻对紫外光的防护

迄今为止,诱导苯丙类化合物和黄酮类化合物合成并造成类黄酮的积累被认为是植物抵御紫外光的惟一主要的途径.苯丙氨酸解氨酶(PAL)是苯丙类化合物合成的关键酶.通过体内足印试验表明,在pal-1基因启动子中有一段序列CTCCAAC从CCCCTTC可以作为顺式元件参与紫外信号的传递.为了克隆与其相对应的反式因子,我们使用了酵母单杂交体系进行筛选.在鱼饵质粒中,我们将3个拷贝的顺式元件序列串联并与酵母异细胞血红素C(CYC)基本启动子连接.将鱼饵质粒和水稻cDNA表达质粒库共同转化到同一酵母中,通过筛选鉴定,克隆到一些编码泛肽交联酶(E2)基因.氨基酸同源性分析表明,该酶E2(RE2)与其他物种的泛肽交联酶具有很高的同源性.水稻泛肽交联酶受紫外光诱导加速合成.当RE2与水稻核蛋白进行交联反应后能与pal-1基因中顺式元件CTCCAACAACCCCTTC专一结合.从这些结果可以推测水稻泛肽交联酶RE2可能通过苯丙类化合物的合成代谢参与对紫外光的防护.     

泛肽交联酶（E2）通过苯丙氨酸解氨酶基因启动子参与水稻对紫外光的防护

迄今为止,诱导苯丙类化合物和黄酮类化合物合成并造成类黄酮的积累被认为是植物抵御紫外光的惟一主要的途径。苯丙氨酸解氨酶(PAL)是苯丙类化合物合成的关键酶。通过体内足印试验表明,在pal-1基因启动子中有一段序列CTCCAACAACCCCCTTC可以作为顺式元件参与紫外信号的传递。为了克隆与其相对应的反式因子,我们使用了酵母单杂交体系进行筛选。在鱼饵质粒中,我们将3个拷贝的顺式元件序列串联并与酵母异细胞血红素C(CYC)基本启动子连接。将鱼饵质粒和水稻cDNA表达质粒库共同转化到同一酵母中,通过筛选鉴定,克隆到一些编码泛肽交联酶(E2)基因。氨基酸同源性分析表明,该酶E2(RE2)与其他物种的泛肽交联酶具有很高的同源性。水稻泛肽交联酶受紫外光诱导加速合成。当RE2与水稻核蛋白进行交联反应后能与pal-1基因中顺式元件CTCCAACAACCCCTTC专一结合。从这些结果可以推测水稻泛肽交联酶RE2可能通过苯丙类化合物的合成代谢参与对紫外光的防护。     

Light Effect on the Tissue Contents and Distribution of Isoflavones in the Developing Seedling of Soybean

The contents of isoflavones in the developing soybean seedling tissues under different light conditions were examined by high-performance liquid chromatography (HPLC). The results indicated that the total contents of isoflavones in soybean seedling tissues were remarkably different, being the highest in the cotyledons and lower in the leaves and roots. In the cotyledons, the isoflavones like daidzin, genistin and their malonyl conjugates were the major metabolites and were increased markedly with the time of light exposure. In contrast, there was a decrease in the content of isoflavones in the dark. When the dark grown seedlings were tranferred to the light, an increase of the isoflavone content was observed. In the leaves and roots, there was also a marked difference in the contents and types of isoflavones due to various light conditions. Leaves contained mainly the isoflavones such as genistin, malonyl gensistin and flavones rutin, which were increased gradually under light condition, but in the dark, daidzin and malonyl daidzin were the major metabolites and did not change markedly with time. In the roots, no isoflavone was detected in the dark, while five isoflavones were found in the light-grown seedlings, and all root sections were predominated by daidzein and its conjugates. These results provided the evidence that light strongly stimulates the accumulation of isoflavones in soybean seedling tissues.