烟草烟碱代谢的生化和分子机制及其调控

烟碱是烟草主要的生物碱,占总生物碱含量的90%左右,与抵御虫害密切相关,也是烟草和卷烟质量的一项重要指标。烟碱的积累是编码烟碱生物合成途径的结构基因协同表达的结果,而结构基因通常由COI1、JAZ、MYC-2等调节基因控制。目前已鉴定出参与烟碱和降烟碱生物合成、调控和转运的大多数基因。本文系统地综述目前对于烟碱的代谢途径、转化、上游调控及转运等方面的最新研究进展,展望了未来烟草烟碱研究中值得关注的方向,这在分子水平上更好的探索烟碱的生物合成具有重要意义,以减轻烟草制品的应用对健康的损害。     

植物花青素苷生物合成及调控的研究进展

花青素苷( anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产生的类黄酮物质,决定被子植物花、果实、种皮、茎、叶和根等的颜色,具有重要的营养价值和药理作用.近年来关于花青素生物合成途径的研究已取得突破,综述了植物花青素苷基因研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径、参与生物合成途径中相关的结构基因和调控基因及功能研究以及影响花青素苷生物合成的环境因素等的研究进展.     

植物类黄酮生物合成途径及重要基因的调控

类黄酮是一类广泛存在于植物中的多酚类次生代谢产物,具有抗氧化、抗炎、抗病毒、调节机体免疫力等多种功效,从而可以预防癌症、冠心病、中风等疾病,同时还具有抗衰老的作用.因此,类黄酮被人们称为"植物营养素".丰富的类黄酮种类和生物活性已使其成为世界保健品研究的热点和重点之一,本文比较详细地总结和阐述了类黄酮生物合成途径及重要基因的调控机制,使我们能够深入和全面地认识类黄酮,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.?＃     

油橄榄类黄酮生物合成相关酶的研究进展

类黄酮是酚类代谢物的一大亚组,其生物合成属于苯丙素代谢途径的分支,它们广泛分布在整个植物界。不仅在植物中有极其重要的生理、生化和生态功能,而且对动物的生物活性及提供营养等方面做出重要贡献。油橄榄叶、果实、根都富含类黄酮,具有重要研究价值。本研究综述了油橄榄类黄酮生物合成途径相关酶(CHI,CHS,F3H,DFR,FLS,FNSI,LAR,F3'H,F3',5'H)的底物特异性和功能性区域,分析总结了编码这些酶的基因在不同物种间的序列相似性和在不同组织的表达特异性。这对深入研究植物类黄酮生物合成相关酶的结构和功能,基因的克隆、表达和调控以及对油橄榄类黄酮生物合成途径相关酶的研究具有参考价值。     

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。     

甘薯IbGL3的克隆和表达分析

紫色甘薯富含花青素,具有较高的食用和药用价值。花青素的生物合成受到结构基因和调节基因的控制。bHLH(basic helix-loop-helix protein)转录因子能够调节多个花青素结构基因的表达,在花青素生物合成途径中具有重要的调控作用,但目前在甘薯中还没有关于bHLH调控花青素生物合成的相关报道。为进一步了解IbGL3基因在甘薯花青素生物合成的功能和作用机理,该研究根据甘薯转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个2 120 bp的bHLH基因IbGL3,该基因包含一个1 878 bp的开放阅读框,编码625个氨基酸,蛋白质分子量69.08 kD,理论等电点(pI)5.20。IbGL3蛋白和其他植物中类黄酮合成相关的bHLH蛋白具有较高的同源性,都包含保守的MIR区、bHLH结构域和ACT类似结构域。系统发育进化树分析结果显示,IbGL3与其他植物类黄酮相关bHLH蛋白聚为一类,属于Ⅲf 亚类成员。表达结果显示,IbGL3基因在紫色甘薯中的表达量最高,在浅紫色甘薯中的表达量次之,在白色甘薯中表达量最低, 与花青素积累正相关,因此推测其在甘薯花青素生物合成途径中具有重要的调控作用。     

果实花青素生物合成分子机制研究进展

花青素是一种天然的水溶性植物色素,与果实的品质性状密切相关,有益于人体健康。花青素的积累是编码花青素生物合成途径的结构基因协同表达的结果,而结构基因通常由MYB、bHLH和WD40这3类调节基因控制。现已从果实中分离了多种花青素合成的结构基因和调节基因。文章重点介绍了调节基因调控果实花青素生物合成的分子机制,指出在MYB、bHLH和WD40互作的调控网络方面的研究还有很多空白。最新的研究揭示了果实成熟过程中生物内在因素和外界环境通过调节基因影响果实花青素生物合成。上述研究为在分子水平上更好的探索果实花青素的生物合成具有重要意义。     

植物次生代谢基因工程研究进展

随着对植物代谢网络日渐全面的认识,应用基因工程技术对植物次生代谢途径进行遗传改良已取得了可喜的进展.对次生代谢途径进行基因修饰的策略包括:导入单个、多个靶基因或一个完整的代谢途径,使宿主植物合成新的目标物质;通过反义RNA和RNA干涉等技术降低靶基因的表达水平,从而抑制竞争性代谢途径,改变代谢流和增加目标物质的含量;对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累.作者结合对大豆种子异黄酮类代谢调控和基因工程改良的研究,着重介绍了花青素和黄酮类物质、生物碱、萜类化合物和安息香酸衍生物等次生代谢产物生物合成的基因工程研究进展.     

柚皮素合成关键基因表达水平对目标产物积累水平的量化影响

柚皮素是一种天然黄酮类化合物,具有抗炎、抗氧化、抗病毒、预防动脉粥样硬化等多种药理活性,也是其他黄酮类化合物合成的重要前体,具有重要的应用价值。目前,微生物法生产柚皮素等黄酮类化合物由于代谢通路不平衡等原因导致产量较低,在很大程度上限制了其工业应用。文中以一株产柚皮素的酿酒酵母菌株Y-01为研究对象,利用启动子和拷贝数控制柚皮素合成代谢途径关键酶4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)和查尔酮异构酶(CHI)编码基因的表达水平,考察这些基因的表达水平对目标产物积累水平的量化影响。结果表明,柚皮素产量与4CL或CHI编码基因的表达量之间关联性较低,而与chs基因的表达量存在显著的正相关性。通过调控chs基因的表达水平,获得一株高产柚皮素的酿酒酵母工程菌株Y-04,产量较出发菌株Y-01提高了4.1倍。研究结果表明,CHS是柚皮素合成过程的关键调控靶点,合理调控CHS表达可以显著促进酿酒酵母积累柚皮素。相关结果为采用代谢工程强化微生物合成柚皮素等重要黄酮类化合物提供了重要的理论参考。     

黄芪种子萌发及萌发后生长过程中黄酮类化合物合成的动态变化

在对膜荚黄芪和蒙古黄芪种子萌发和萌发后生长时期进行划分的基础上,研究了黄芪中3种主要黄酮类化合物芒柄花素、毛蕊异黄酮和毛蕊异黄酮苷在萌发和萌发后生长过程中含量的变化。为了弄清黄酮含量变化的机制,我们还对黄芪中黄酮生物合成途径酶的转录水平做了研究。结果表明,在种子萌发和萌发后生长阶段,两种黄芪中均出现了明显的黄酮类化合物累积增加的情况。通过检测黄酮类物质生物合成途径酶基因的转录表达水平,我们发现萌发阶段蒙古黄芪中黄酮类物质积累增加主要由上游途径酶基因的表达水平升高引起,而膜荚黄芪中则几乎涉及到所有途径酶。此外,我们还发现萌发后生长阶段中,两种黄芪中合成途径酶基因转录对黄酮类物质含量的调控则选择性地存在时间延迟效应。     

不同生长温度对烟草叶片黄酮类化合物含量及其代谢途径的调控

本研究以生长在3个不同温度(均温18.5℃,均温23.5℃,均温28.5℃)人工气候室中的"云烟87"为材料,运用液相色谱质谱联用法、分光光度法和荧光定量PCR法,研究了不同生长温度对烟叶生长发育过程中黄酮类化合物芸香苷和山奈酚-3-O-芸香苷含量、代谢相关酶活性及相关基因表达的影响。结果表明:随着烟草叶片的生长发育,黄酮类化合物代谢相关基因表达呈先降低后升高的趋势,从而调控了黄酮类化合物代谢相关酶活性的变化趋势为先降低后升高,使得黄酮类化合物中的芸香苷含量变化趋势为先降低后升高,山奈酚-3-O-芸香苷的含量则呈逐渐降低的趋势。此外,与生长在较高生长温度(均温23.5℃和均温28.5℃)下的叶片相比,较低生长温度(均温18.5℃)上调了烟草叶片类黄酮代谢相关基因PAL、C4H、4CL、CHS、F3H、F3'H和FLS的基因表达,提高了类黄酮代谢关键酶PAL、C4H、4CL和CHI的活性,促进了黄酮类化合物芸香苷和山奈酚-3-O-芸香苷的积累(p0.05),表明较低的生长温度(均温18.5℃)有利于黄酮类化合物在烟草叶片中的积累。     

基于高通量测序的“紫娟”茶树叶片miRNA分析

"紫娟"是特异的茶树资源,含有丰富的次生代谢物儿茶素、花青素、黄酮等,其生物合成是由多条代谢途径通过相应的节点连在一起的网络途径,受到多种结构基因和调控基因的控制。Micro RNA又称miRNA,是一种非编码RNAs,能通过对基因表达的调控来调节植物生长、发育以及次生代谢等许多方面。本研究利用高通量测序技术分别构建了"紫娟"茶树芽、第二叶、开面叶、成熟叶的miRNA文库并进行测序,鉴定出已知的miRNA 126个,分为26个家族,预测到的新miRNA 119个。基于"紫娟"茶树转录组数据分析已知miRNA和新miRNA分的靶基因,分别预测到靶基因724条和2 285条。预测的靶基因大多为转录因子,包括调控次生代谢物花青素、黄酮类生物合成的MYB、b HLH转录因子等。这些注释信息的完成为后期研究miRNA在调控茶树叶片发育和次生代谢物的生物合成提供理论依据。     

杂交兰及其花艺突变体中类黄酮成分差异的代谢-转录组联合分析

为探索杂交兰花艺突变体变异的分子机理,该研究以杂交兰‘玉凤’及其花艺突变体‘双艺金龙’为材料,利用靶向代谢组学和转录组学鉴定两者中类黄酮化合物含量差异及其相关通路上的差异表达基因。结果表明：(1)代谢组分析发现,杂交兰‘玉凤’和‘双艺金龙’花瓣中共检测到271种类黄酮代谢物,其中黄酮醇类和黄酮类代谢物的相对含量约占总类黄酮的30%～50%;共检测到38个差异代谢物(15个上调,23个下调);‘玉凤’中差异最高的代谢物二氢山奈酚-7-O-葡萄糖苷(黄酮醇类)含量是‘双艺金龙’的124 444倍,‘双艺金龙’中差异最高的代谢物3,5,7,3′,4′-五羟基-5′-异戊二烯基黄酮(黄酮醇类)含量是‘玉凤’的7 244倍。(2)KEGG分析显示,差异代谢物显著富集在类黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成途径。其中,在类黄酮生物合成途径上,根皮苷、黄腐醇、二氢山奈酚、二氢杨梅素和表没食子儿茶素含量升高,柚皮苷和二氢槲皮素含量降低;在黄酮和黄酮醇生物合成途径上,三叶豆苷和槲皮素含量均下降。(3)转录组分析共筛选到563个差异表达基因,与‘玉凤’相比,‘双艺金龙’中有220(39.1%)个基因上调表达,343...     

遮阴对柠檬香茅类黄酮及其合成酶基因差异表达研究

为了解柠檬香茅(Cymbopogon citratu)中类黄酮及其合成酶基因信息,以阳光直射及遮阴环境下生长的柠檬香茅嫩叶为材料,进行代谢组、转录组结合qRT-PCR验证分析。结果表明,柠檬香茅中含有11类共69种黄酮化合物,其中芦丁、去甲基托罗沙黄酮、紫云英苷及葡萄糖醇等类黄酮化合物在遮阴环境下相对含量显著降低;类黄酮生物合成涉及10类酶54个基因,其中类黄酮3''羟化酶(c99177.1)等4个酶基因在遮阴环境下相对表达量显著降低,而异黄酮合成酶(c51975.0)等6个酶基因相对表达量正好相反;其中5个类黄酮合成酶基因在光照及遮阴柠檬香茅中的上下调表达趋势与转录组测序结果中FPKM值变化一致,而二者检测结果中差异表达倍数存在差异。遮阴使柠檬香茅中大多黄酮类化合物相对含量降低,而其合成酶基因上下调表达趋势规律不明显。     

花青素合成途径中分子调控机制的研究进展

花青素是广泛存在于植物中的天然水溶性色素。植物不同物种中花青素生物合成代谢途径的遗传特性和调控机制决定了该物种的花色。目前花青素生物合成途径的研究已清晰透彻。花青素合成途径的调控主要发生在结构基因的转录水平上,受多种转录因子的调控。研究发现,对花青素代谢途径中结构基因起调控作用的重要转录因子,主要包括WD40重复蛋白、b HLH蛋白和R2R3-MYB蛋白,这些转录因子之间的结合及其相互作用决定结构基因的表达。本文着重介绍花青素生物合成途径的分子调控机制,即转录因子通过形成三聚体复合物,与结构基因的启动子结合来调控结构基因的表达,并概述其在花色改造基因工程及定向改变花青素含量中的应用。     

植物花色苷生物合成酶类的亚细胞组织研究进展

花色苷类化合物是类黄酮合成途径的有色末端产物,其合成需要多种酶类催化完成.花色苷生物合成的相关酶在细胞质中被组织成与膜联系的多酶复合体,该复合体对于花色苷生物合成途径的整个效率、专一性和调节具有重要意义.本文对植物花色苷生物合成相关酶的亚细胞定位、所形成的复合体的模型及其存在问题进行了综述.花色苷生物合成多酶复合体的建立将有助于演绎出一个关于细胞代谢的新“三维观”,可为花色苷生产的代谢工程的理性调控创造更有效的手段.     

植物类型III聚酮合酶超家族基因结构、功能及代谢产物

植物聚酮类化合物主要包括酚类、芪类及类黄酮化合物等,在植物花色、防止紫外线伤害、预防病原菌、昆虫危害以及作为植物与环境互作信号分子方面行使着重要的生物学功能。该类化合物具有显著多样的生物学活性,对人体保健及疾病治疗有显著意义。植物类型III 聚酮化合物合酶 (PKS) 在该类化合物生物合成起始反应中行使着关键作用,决定该类化合物基本分子骨架建成和代谢途径碳硫走向,为合成途径关键酶和限速酶。以查尔酮合酶为原型酶的植物类型III PKS超家族是研究系统进化和蛋白结构与功能关系的模式分子家族,目前已经分离得到14种植物类型III PKS基因,这些同祖同源基因及其表达产物既有共性,也表现出许多独特个性,这些个性赋予此类次生代谢产物结构上的多样性。以下综述了植物类型III PKS超家族基因结构、功能及代谢产物研究进展。     

酵母麦角固醇生物合成及其基因调控的研究

麦角固醇是真菌细胞膜中的重要组成成分,是维生素D2的合成前体,也是一种重要医药材料。近年来,麦角固醇生物合成途径已经被弄清,其基因调控也获得了初步的进展。就麦角固醇的生物合成途径、酶在细胞内的分布及其基因调控进行综述。     

长春花生物碱生物合成途径和相关酶及其基因调控的研究进展

从长春质碱、文多灵、蛇根碱和阿吗碱及长春碱、长春新碱等的生物合成途径和催化酶及其基因的表达调控等方面概述了长春花生物碱的生物合成途径和代谢调控的研究进展,并对已经被分离和纯化或克隆的催化酶及其基因作了简要介绍。     

植物类型Ⅲ聚酮合酶超家族基因结构、功能及代谢产物

植物聚酮类化合物主要包括酚类、芪类及类黄酮化合物等,在植物花色、防止紫外线伤害、预防病原菌、昆虫危害以及作为植物与环境互作信号分子方面行使着重要的生物学功能。该类化合物具有显著多样的生物学活性,对人体保健及疾病治疗有显著意义。植物类型Ⅲ聚酮化合物合酶(PKS)在该类化合物生物合成起始反应中行使着关键作用,决定该类化合物基本分子骨架建成和代谢途径碳硫走向,为合成途径关键酶和限速酶。以查尔酮合酶为原型酶的植物类型Ⅲ PKS超家族是研究系统进化和蛋白结构与功能关系的模式分子家族,目前已经分离得到14种植物类型Ⅲ PKS基因,这些同祖同源基因及其表达产物既有共性,也表现出许多独特个性,这些个性赋予此类次生代谢产物结构上的多样性。以下综述了植物类型Ⅲ PKS超家族基因结构、功能及代谢产物研究进展。