植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物的生长、发育过程中起着重要的作用。植物中的萜类化合物有两条合成途径:甲羟戊酸途径和5-磷酸脱氧木酮糖/2C-甲基4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径。这两条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶,其中关键酶的作用决定了下游萜类化合物的产量。植物类萜生物合成途径的调控以及该途径中关键酶的研究已成为目前国内外生物学领域的一大热点。综述了植物类萜生物合成途径和参与该途径的关键酶及其基因工程的研究进展,并展望了其应用前景。     

植物挥发物代谢工程在改良香气品质和植物防御中的应用

挥发物次生代谢在植物繁殖、植物防御和改良食物品质方面发挥着重要作用。近年来,随着参与挥发物生物合成的基因和酶类的鉴定以及代谢途径和调控机理等研究的不断发展和深入,挥发物代谢工程已经具备较高的可行性。应用代谢工程改良花、果实的香气品质以及提高植物防御能力的研究成效显著。主要介绍了这些方面的最新进展,同时也讨论了植物挥发物代谢工程应用存在的问题和挑战以及研究思路。     

苄基异喹啉类生物碱生物合成与代谢工程研究进展

苄基异喹啉类生物碱(benzylisoquinoline alkaloids,BIAs)是一类具有重要研究及药用价值的次生代谢产物,目前该类生物碱主要来自于植物。但是BIAs在植物中的含量低、且大部分含有BIAs的植物具有生长周期长、受环境影响大、采集困难和难以大规模种植等问题。为解决这些问题,许多研究人员致力于解析BIAs生物合成途径并利用植物与微生物代谢工程技术提高BIAs的含量与开辟新药源。本研究将从BIAs类型与生物合成途径以及微生物与植物代谢工程几个方面对BIAs的生物合成与代谢工程研究进展进行综述,有利于BIAs的深入研究。     

人参皂苷生物合成和次生代谢工程

人参皂苷属于植物三萜皂苷类化合物,是传统名贵药材人参和西洋参的主要活性成分,具有抗炎、抗氧化作用,还有广泛的抗肿瘤作用。人参皂苷与植物甾醇共享前期代谢途径,通过2, 3-氧化鲨烯环化步骤进入三萜代谢分支途径,在三萜碳环骨架复杂修饰的基础上形成人参皂苷。综述了近年人参皂苷生物合成途径及关键酶基因研究的最新进展,揭示了人参皂苷生物合成的基本途径,对途径中关键酶的基因进行了综述,并结合次生代谢工程技术, 探讨了该技术在人参皂苷生物合成中的应用前景。     

花青素转录因子调控机制及代谢工程研究进展

花青素是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物, 在植物生长发育和人类营养保健方面具有重要价值。花青素的生物合成途径已经解析得比较清楚, 但花青素的代谢调控网络还在不断完善。调控花青素生物合成的转录因子主要包括MYB、bHLH和WD40三大类, 这些转录因子通过激活或抑制CHS、ANS和DFR等花青素途径关键结构基因的表达水平, 进而决定花青素积累的部位与水平。该文结合国内外花青素生物合成与转录调控方面的研究进展, 简要介绍了花青素的生物合成途径, 归纳总结了模式植物中花青素代谢调控的分子机理, 尤其是MYB、bHLH和WD40三类主要转录因子的调控机理, 以及这些转录因子在观赏植物和水果等经济作物花青素代谢工程中的应用。该文将为系统阐明花青素的转录调控机制和利用代谢工程改良花青素的相关研究提供有益参考。     

萜类生物合成的基因操作

萜类是一组结构迥异的化合物家族,其中很多具有较大的应用价值,如青蒿素和紫杉醇等,它们在多种微生物和植物中合成,但其天然产量低。萜类代谢工程通过DNA重组技术改造萜类合成细胞中的代谢途径,以提高萜类最终产量或在不含萜类的生物中合成萜类,为促进有用萜类合成提供了新的机会。以萜类化合物生物合成途径的基因转移与表达为切入点,综述了目前在微生物及植物中应用代谢工程提高萜类产量的研究进展。     

植物芪类合成途径相关酶、基因和调控机制研究进展

植物芪类化合物,是一类具有抗菌植保作用的次生代谢产物,因具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性而越来越受到重视。本文对植物芪类生物合成途径中涉及到的相关酶、基因和代谢调控机制的研究现状和应用系统生物学研究芪类生物合成途径的相关酶、基因的方法进行综述,并讨论了芪类生物合成相关酶、基因研究的重要意义和应用,以期为调节芪类产量、满足药用保健需求及植物防御、作物品质改良提供帮助。     

藤仓赤霉(Gibberella fujikuroi)分子生物学及发酵工程研究进展

赤霉素是最重要的植物生长调节剂之一,工业化生产是由丝状真菌藤仓赤霉发酵产生.近20年来,随着分子生物学技术的发展,对藤仓赤霉赤霉素生物合成途径中相关基因的分子鉴定和表达调控等研究取得了显著的进展,赤霉素生物合成途径的分子生物学基本研究清楚,使得利用基因工程和代谢工程技术进行赤霉菌改良、提高赤霉素发酵水平成为可能.本文对藤仓赤霉中赤霉素合成机理及其表达调控、关键酶基因功能、外源基因转化系统、发酵技术、利用基因工程技术进行改造等方面的研究进展进行综述.     

第三届全国植物生物技术及其产业化大会征文通知

会议主题：现代植物生物技术及其产业化应用。中心议题：（1）作物、花卉、林草和果蔬的生物技术、细胞工程及产业化进展;（2）植物基因工程育种发展现状与前景;（3）药用,经济植物代谢工程及应用;（4）重要农艺性状的功能基因发掘与应用。     

植物花香基因工程研究进展

花香是一系列低分子量、挥发性物质的复杂混合物,由花朵释放来吸引和引导授粉的昆虫.花香在植物繁殖上具有重要作用,还能提高观赏植物和切花的审美价值.在过去的数十年里,随着生物技术的发展,有数种花香相关基因已经相继被克隆,花香物质的生物合成和代谢工程也得到了研究.本文综述了植物花香物质生物合成途径及其相关酶和基因的研究进展;探讨了基因工程调控及改良植物花香的策略;同时简要评述了花香基因工程研究的影响因素并展望了其应用前景.     

Volatile science? Metabolic engineering of terpenoids in plants

Terpenoids are important for plant survival and also possess biological properties that are beneficial to humans. Here, we describe the state of the art in terpenoid metabolic engineering, showing that significant progress has been made over the past few years. Subcellular targeting of enzymes has demonstrated that terpenoid precursors in subcellular compartments are not as strictly separated as previously thought and that multistep pathway engineering is feasible, even across cell compartments. These engineered plants show that insect behavior is influenced by terpenoids. In the future, we expect rapid progress in the engineering of terpenoid production in plants. In addition to commercial applications, such transgenic plants should increase our understanding of the biological relevance of these volatile secondary metabolites.     

基于整合方法分析茶树响应病原真菌胁迫的共有模式

为探讨茶树(Camellia sinensis)对病菌胁迫的共有响应模式和抗病机制,运用生物信息学方法对多组RNA-seq数据进行提取、整合及功能富集,结合多种工具和数据库资源对主要调控分子及蛋白互作模块加以分析。结果表明,病原真菌胁迫下,茶树有较多细胞色素P450家族成员表达显著上调;类固醇和激素的代谢过程、苯丙烷合成途径被激活,有丝分裂细胞周期调控、DNA甲基化等生物过程及光合作用途径受到抑制;主要调控分子如转录因子WRKY和NAC、激酶RLK-Pelle和CAMK等以上调为主。差异表达的蛋白互作模块分析表明,有丝分裂周期调控、基于微管运动、淀粉和蔗糖代谢、细胞壁多糖合成、光合作用、类黄酮代谢模块明显下调,木质素合成和萜类生物合成模块上调;且模块之间可能存在互作。病菌胁迫激活的木质素和萜类合成途径的关键基因包括阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H、过氧化物酶基因POD和萜类合成酶基因HMGR等。细胞色素P450基因可能在病菌胁迫中起关键作用,增强木质素和萜类物质的合成、削弱光合作用可能是茶树响应真菌胁迫的核心模式。     

小立碗藓萜类物质的合成酶基因分析及其UPLC-QTOF检测

根据基因组信息和KEGG数据库分析小立碗藓基因组中合成萜类物质的基因,比较小立碗藓与酵母和拟南芥合成萜类物质基因的氨基酸序列同源性同时利用UPLC-QTOF分析小立碗藓中物质组成,来分析小立碗藓基因组中萜类物质合成的基因及小立碗藓中存在的萜类物质。与酵母相比,小立碗藓两条萜类次生代谢途径完整,途径中的基因及氨基酸丰富性更高,提示可以合成更丰富的前体物质如FPP,GPP等;小立碗藓与拟南芥的序列相似性较高,萜类背景简单。UPLC-QTOF分析检测到小立碗藓中次生代谢物质主要是芳香族化合物及各类生物碱,一种萜类物质ent-16beta-Methoxy-19-kauranoic acid。小立碗藓中本身具有合成萜类前体物质和二萜的基因,检测到少量萜类物质,适合作为萜类活性物质异源合成的底盘细胞。     

Molecular and genomic basis of volatile-mediated indirect defense against insects in rice

Rice plants fed on by fall armyworm ( Spodoptera frugiperda , FAW) caterpillars emit a blend of volatiles dominated by terpenoids. These volatiles were highly attractive to females of the parasitoid Cotesia marginiventris . Microarray analysis identified 196 rice genes whose expression was significantly upregulated by FAW feeding, 18 of which encode metabolic enzymes potentially involved in volatile biosynthesis. Significant induction of expression of seven of the 11 terpene synthase ( TPS ) genes identified through the microarray experiments was confirmd using real-time RT-PCR. Enzymes encoded by three TPS genes, Os02g02930, Os08g07100 and Os08g04500, were biochemically characterized. Os02g02930 was found to encode a monoterpene synthase producing the single product S- linalool, which is the most abundant volatile emitted from FAW-damaged rice plants. Both Os08g07100 and Os08g04500 were found to encode sesquiterpene synthases, each producing multiple products. These three enzymes are responsible for production of the majority of the terpenes released from FAW-damaged rice plants. In addition to TPS genes, several key genes in the upstream terpenoid pathways were also found to be upregulated by FAW feeding. This paper provides a comprehensive analysis of FAW-induced volatiles and the corresponding volatile biosynthetic genes potentially involved in indirect defense in rice. Evolution of the genetic basis governing volatile terpenoid biosynthesis for indirect defense is discussed.