葱属蔬菜植物风味前体物质的合成途径及调节机制

葱属蔬菜植物风味前体物质S-烃基半胱氨酸亚砜是一类非蛋白含硫氨基酸(蒜氨酸类物质),在蒜氨酸酶的作用下形成独特的刺激性风味成分。现对风味前体物质的种类、功能、组织和亚细胞定位以及合成途径及合成过程的调控等方面的研究进展给予概述。     

微生物硫代谢与抗逆性

硫代谢是微生物重要的生命代谢活动。微生物对外源硫酸盐的转运、同化、代谢调控以及重要含硫化合物的生物合成，不但与微生物生长代谢相关，而且影响微生物在胁迫环境下的抗逆性和鲁棒性。目前，大部分研究都聚焦在微生物硫酸盐同化过程和H₂S产生，对于微生物硫代谢与抗逆性相关的研究较少。本文总结了近年来微生物硫代谢过程中的硫酸盐转运、同化路径以及调控方式；并结合微生物在不同胁迫条件下的氧化应激反应，探讨了含硫化合物如硫化氢、谷胱甘肽和半胱氨酸等提高微生物抗逆性的机制。硫代谢与微生物抗逆性相关机制的解析不仅为理解微生物硫代谢与抗逆性提供理论基础，也为设计与构建抗逆性强的高产稳产工业菌株提供分子靶点。     

植物谷胱甘肽的生物合成及其生物学功能

谷胱甘肽(glutathione,GSH)是硫酸根还原同化途径中主要的含硫非蛋白终端产物,在生物中以还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)和氧化型谷胱甘肽(oxidized glutathione,GSSG)存在。因其在植物体中的广泛存在和独特的还原能力得到广泛关注。本文从谷胱甘肽在植物体内的生物合成,谷胱甘肽的区划、运输和降解以及在非生物胁迫条件下的生物学功能等方面论述了近年来国内外对谷胱甘肽的研究进展。     

含硫氨基酸的抗氧化作用

抗氧化剂是维持动物体内自由基平衡和稳定的重要物质。甲硫氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys) 是组成蛋白质的2种含硫氨基酸,基于其独特的结构,在动物体内起着与动物营养与免疫相关的重要生理功能,而其抗氧化能力越来越受关注。综述了蛋白质Met残基的氧化还原作用和含硫氨基酸的代谢产物谷胱甘肽(GSH)的抗氧化作用。     

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。     

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。     

蓖麻蚕和家蚕中的谷胱甘肽及正丁基高半胱氨酸亚砜亚胺对它的抑制作用

本文利用乙醛酸排除昆虫中比较高的游离半胱氨酸的干扰,用5,5′-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)方法测定了蓖麻蚕、家蚕中还原谷胱甘肽的含量及其组织分布,观察到脂肪体、后部丝腺、中肠等均含有非常丰富的谷胱甘肽(GSH),说明谷胱甘肽在昆虫氨基酸的代谢调节控制中起着重要的作用。蓖麻蚕和家蚕中,GSH含量及分布有所区别。五龄中期注射S-正丁基高半胱氨酸亚砜亚胺(BSO)引起家蚕脂肪体GSH含量明显降低,提示蚕γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶受RSO强烈抑制;五龄后期,可能由于合成酶活力及GSH周转率均处于较低水平,未观察到GSH含量有明显下降。     

代谢工程酵母菌合成紫杉烯的研究

紫杉烯是紫杉醇生物合成的重要中间体,为在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中建立一个生物合成紫杉烯的代谢途径,克隆了酵母的羟甲基戊二酰CoA(3-hydroxy-3-methylglutarylcoenzyme A,HMG-CoA)还原酶基因和=牛儿基=牛儿基二磷酸(geranylgeranyl diphosphate,GGDP)合酶基因,并构建了其融合表达载体pGBT9/HG;同时构建了包含紫杉烯合酶基因的表达载体pADH/TS;将这两个表达载体共转化酵母细胞,通过GC-MS分析检测工程酵母的代谢产物,结果表明获得的工程酵母能够合成紫杉烯,即在酵母细胞中建立了一个合成紫杉烯的代谢途径。     

含硫氨基酸对猪生长性能及肠道功能的影响机制

含硫氨基酸包括甲硫氨酸(又名蛋氨酸)、胱氨酸和半胱氨酸,其中蛋氨酸是动物的含硫必需氨基酸,是猪必不可少的营养元素。研究表明,科学地添加含硫氨基酸对猪的摄食、生长、免疫等方面有着重要的作用。肠道是消化、吸收营养物质最主要的场所,含硫氨基酸的主要代谢产物谷胱甘肽可促进肠道屏障功能的恢复,牛磺酸能参与抗氧化反应、渗透调节等生理过程。因此,添加适量的含硫氨基酸有助于提高猪的生长性能,维持猪的肠道健康。     

植物亚硝基谷胱甘肽还原酶在胁迫反应中的作用研究

信号分子一氧化氮(Nitric oxide,NO)参与植物的许多生理反应过程,例如:萌发、气孔的关闭、侧根的发育以及生物与非生物的胁迫反应过程等,主要的调控形式是与半胱氨酸上的硫基发生可逆的S-亚硝基化作用。NO的半衰期很短,这限制了它在细胞中的生理功能,与胞内含硫基的分子形成的S-亚硝基硫醇(S-nitrosothiols,SNOs)的化学性质稳定,在植物的生长发育及抗逆过程中SNOs参与NO的运输、扩散、储存以及蛋白的翻译后修饰过程。谷胱甘肽(Glutathione,GSH)与NO发生S-亚硝基化作用形成S-亚硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione,GSNO),GSNO作为NO的储存与转运形式,可以把NO转到靶蛋白上,使靶蛋白发生亚硝基化。亚硝基谷胱甘肽还原酶(S-Nitrosoglutathione reductase,GSNOR)是生物体中的一类保守蛋白,通过还原亚硝基谷胱甘肽从而调节细胞内NO及亚硝基硫醇(S-nitrosothiols,SNOs)水平,保护机体免受亚硝化的胁迫,间接的调控的细胞的氧化状态。GSNO是一个天然的NO储存库,GSNOR是调节机体亚硝基化水平的关键基因。主要对GSNOR参与的植物生长发育、生物与非生物胁迫等过程进行了概述,探讨GSNOR在植物生长发育及胁迫反应中的作用机制,将有助于我们对NO生理功能的了解,旨在为将来GSNOR的研究提供理论参考和思路。     

32种杜鹃花属植物在迁地保育条件下的自交研究

迁地保育条件下的杜鹃花属植物自交可育性一直缺乏系统的比较研究,该文对5亚属13亚组32种杜鹃花属植物的自交进行了数据采集与分析,初步揭示了迁地保育条件下杜鹃花属植物自交育性特征。结果表明:(1)自交可育与不育是杜鹃花属植物有性生殖中的两个并存现象,自交能育型种类或多于不育型。在受试的32种杜鹃花中,自交不育型10种、弱可育型5种、可育型7种、高可育型10种,其中27种的自交育性为首次报道,涵盖包括杜鹃亚属杜鹃组(sect.Rhododendron)和马银花亚属(subgen.Azaleastrum)及常绿杜鹃亚属(subgen.Hymenanthes)中银叶杜鹃亚组(subsect.Argyrophylla)等5个亚组在内的未被研究的类群。(2)通过与自然授粉有关育性指标的比较,发现不同种类的自交可育性指标有大幅度降低及增高这两类截然不同的现象,从而提出了自交可能是部分杜鹃花属植物的适应策略,或者对不利环境及其媒介条件的主动响应。(3)在云锦杜鹃亚组(subsect.Fortunea)这个被认为最原始的杜鹃花类群中,具备从自交不育到高可育的所有类型,并可能由此奠定整个杜鹃花属的遗传基础,而类群与种类分布的不同区域气候环境长期直接的或通过影响传粉媒介间接的作用,则可能是最终塑造该属植物自交育性多样化的外部动力。(4)该文还依据有关自交的研究结果,对杜鹃花属植物的迁地保育、育种、相关学科发展进行了讨论,并认为后合子期败育的理论不能完美地解释自交不能坐果的现象,而多倍体似不会导致自交不育。     

利用DNA片段测序方法探究枳属和富民枳的分类地位

富民枳(Poncirus polyandra)属于芸香科(Rutaceae)枳属(Poncirus Raf.)。自发表以来,分类地位一直备受争议,其中在Flora of China中认为富民枳为柑橘杂交种(Poncirus polyandra),把枳属归并于柑橘属(Citrus)。该研究选取枳属的富民枳、枳(Poncirus trifoliata)及柑橘属下8个种共10个种47个个体作为研究材料,以九里香(Murraya exotica)为外类群,利用3个叶绿体片段(trn L-trn F、trn S-trn G、rbc L)、ITS片段和1个单拷贝核基因(Chr 5)数据构建系统发育树,探究枳属和富民枳的分类地位。结果表明:基于3个叶绿体片段数据构建的最大似然树(ML)和贝叶斯树(BI)的拓扑结构基本一致,10个物种聚为两大分支,即柑橘属的8个物种聚为一大分支,富民枳和枳聚为另一大分支。其中,富民枳所有个体聚为一小单系分支,枳的所有个体聚为一小单系分支,支持枳属和富民枳独立存在。2个核DNA片段数据结果显示,枳属的两个种与柑橘属的8个物种聚在一个大分支里,无法确立枳属的单系地位,但富民枳的9个个体聚在一起,暗示富民枳在遗传上是一个独立的类群。综上研究认为,无论是叶绿体DNA数据还是核DNA数据均支持富民枳是一个独立的物种,但核DNA数据不支持枳属成立。     

罗布麻CesA基因家族的生物信息学分析

植物体中纤维素是细胞壁形成的主要成分,不仅参与细胞形态的建成,调控细胞发育,还参与细胞内多种细胞信号转导途径,进而影响植物体的生长发育。纤维素合酶是植物体合成纤维素的主要酶类。为了探究CesA基因家族对罗布麻生长发育及纤维素合成的调控机理,该文通过生物信息学分析方法,从基因家族鉴定、结构分析、蛋白理化性质与多级结构预测、亚细胞定位、信号肽、进化关系和顺式作用元件等方面,对罗布麻CesA基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。结果表明:基于全基因组测序,罗布麻CesA基因家族鉴定含有15个成员,分布在罗布麻11条染色体中的8条上,其编码蛋白的氨基酸数量为730～1 158,相对分子质量81 280.81～130 123.18 kDa,理论等电点6.18～8.83。除了AvCesA3、AvCesA5、AvCesA7、AvCesA10和AvCesA11蛋白为稳定蛋白,其余成员均为不稳定蛋白;除了AvCesA12蛋白为疏水性蛋白,其余成员均为亲水性蛋白。该家族成员包含3～14个外显子,8～15个保守基序。编码蛋白主要分布于质膜与高尔基体上,无信号肽,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主要构成元件。AvCesA15蛋白的跨膜结构域和三级结构与其他成员存在显著不同。罗布麻CesA基因进化时主要受纯化选择作用。对上游1 500bp区域顺式作用元件分析,结果显示罗布麻CesA基因受到光、温度、水分、氧气等环境因子及生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、水杨酸等植物激素调控。该研究为进一步探究罗布麻CesA基因家族的生物学功能、提高纤维品质与品种改良奠定理论基础。     

37种杜鹃花属植物在迁地保育下的自然授粉研究

该文对主要栽培在四川都江堰龙池基地(海拔1 700 m)及玉堂基地(海拔700 m)和峨眉山生物试验站(海拔805 m)的5亚属15亚组37种杜鹃花属植物的自然授粉开展了为期4 a的数据采集与研究。以绿苗率(Gs)为主要指标,绿苗系数(Gc)、坐果率(St)和单位可育种子数(Sf)为辅助指标,初步揭示了迁地保育条件下杜鹃花属植物自然授粉的育性适应及其特征。结果表明:(1)除黄花杜鹃(Rhododendron lutescens)未形成种子外,受试的其他36个杜鹃花种类均能在其保育地点上不同程度地完成从种子(幼苗)到种子的生命循环,其中高可育型24种、可育型11种、弱育型1种。(2)上述4项指标,尤其是保育条件与原生地条件下同种的绿苗率、绿苗系数和单位能育种子数比较,均能不同程度地反映育性适合度的差异情况。(3)在上述具有不同程度可育性的36种杜鹃花中,有24种有不同程度的败育现象,其成因可能为不同程度的自交和花期重叠的同亚组到不同亚组异种间自然交配所引起的遗传不适,由于遗传选择的限制或胁迫,这种现象在一些开花个体有限的种类中尤为突出,因此保证最小存活种群(the minimum viable population,MVP)对于该属植物迁地保育至关重要。(4)杜鹃花属的特定种类可能存在一个受种性制约的单位种子数量幅度和上限,即不同的类群与种类的单位种子数量存在差异。(5)为探索自交和种间杂交提供了认识起点和参照,并提出了有关杜鹃花属植物可育性综合评价的指标体系和方法。     

表皮葡萄球菌SarA对atlE、lipA和zinC基因表达调控的研究

表皮葡萄球菌 (Staphylococcus epidermids) 是一种条件致病菌，SarA(Staphylococcal accessory regulator A)是该菌中一个全局性调控因子，它控制着细胞中许多与毒性相关的基因表达. 报道了SarA在转录水平直接调控atlE、lipA和zinC基因的表达. RT-PCR和lacZ报告基因的分析结果显示，在表皮葡萄球菌ATCC35984中，SarA对atlE (自溶酶基因) 表达起负调控作用，而对lipA (脂肪酶基因) 和zinC (膜相关锌金属蛋白酶基因) 的表达则有正调控作用. 生物信息学分析表明，SarA控制atlE，lipA和zinC 3种基因表达可能是通过与被调控基因上游的特定DNA序列的结合来实现的，该DNA结合区保守并富含AT碱基. 根据已报道的金黄色葡萄球菌中SarA的结合位点序列，利用Omiga软件分析并推测了SarA结合atlE，lipA和zinC的可能区域. 基于SarA是一种多功能的毒素相关调控因子，结果提示，SarA能调控众多因子，可以作为防治表皮葡萄球菌感染的一个药物筛选靶点.     

葱属Anguinum亚属4种19居群的核型研究

石蒜科(Amaryllidaceae)葱亚科(Allioideae)葱族(Allieae)葱属(Allium)的Anguinum亚属在中国分布有6种2变种,该亚属植物具有重要的药用价值。该研究在扩大样本量和覆盖范围的基础上,采用常规压片法对葱属Anguinum亚属4种植物19居群的染色体核型进行了研究,首次报道了心叶韭(Allium ovalifolium var.cordifolium)的核型。结果表明:供试类群中茖葱都为四倍体,对叶韭和心叶韭都为二倍体,太白韭具有二倍体和四倍体,染色体基数均为x=8,核型类型都为2A型,每个居群都具有随体染色体,随体染色体多为st染色体,随体均位于短臂末端,并且对叶韭眉县居群和太白韭聂拉木居群存在B染色体。结合前人研究结果讨论了Anguinum亚属植物的染色体特征、随体染色体的多态性和该亚属植物的进化方式,探讨了茖葱(Allium victorialis)和对叶韭(A.listera)的细胞地理学问题。得到如下推论:(1)染色体加倍和结构变异是Anguinum亚属进化的两种重要机制,环境异质性使得Anguinum亚属植物随体染色体具较高的多态性;(2)茖葱通过多倍化和无性繁殖并存来扩大居群;(3)染色体形态变异是对叶韭适应环境变异的重要方式。     

基于分子证据确认秦岭藤属与驼峰藤属(夹竹桃科)的系统位置

秦岭藤属(Biondia Schltr.)是中国特有属,约13种,驼峰藤属(Merrillanthus Chun & Tsiang)是仅在我国与柬埔寨分布的单种属,目前两个属均被归并到白前属(Vincetoxicum Wolf),由于取样和系统发育分析尚存一些欠缺,因此其系统位置和归属尚需进一步确认。该文使用2个核糖体基因序列片段(ITS、ETS)、5个叶绿体基因序列片段(psbA-trnH、trnG、trnL、trnL-F、trnT-L),以及二者的合并数据,重建娃儿藤亚族(Tylophorinae)(包含属的模式秦岭藤 [B. chinensis Schltr.=V. shaanxiense(Schltr.)Meve & Liede]与驼峰藤 [M. hainanensis Chun & Tsiang=V. hainanense(Chun & Tsiang)Meve, H. H. Kong & Liede])的系统发育树。结果表明:秦岭藤属与驼峰藤属均包含在白前属中,秦岭藤与青龙藤 [B. henryi(Warb.)Tsiang & Li=V. henryi(Warb.)Meve & Liede]互为姐妹类群,并与V. kawaroense Meve & Liede聚为一支,而黑水藤 [B. insignis Tsiang=V. insigne(Tsiang)Meve, H. H. Kong & Liede]在另一分支中(亚热带分支Subtropical Clade); 驼峰藤属与V. cissoides(Blume)Kuntze和V. philippicum Meve, Omlor & Liede聚为一支。核糖体和叶绿体基因数据均支持秦岭藤属与驼峰藤属归并入白前属,但秦岭藤属为多系,尚需收集更多种类和数据合并分析,深入探讨归并后白前属的种间系统关系和位置。     

黄梁木NcEXPA8基因提高拟南芥种子萌发速度的研究

为探究NcEXPA8基因的分子功能,该文以在黄梁木形成层区域中高表达的扩展蛋白基因NcEXPA8为研究对象,研究其在黄梁木种子萌发过程中的表达及其过表达对拟南芥种子萌发的影响。该文以黄梁木和拟南芥野生型(WT)(Col-0)种子以及转NcEXPA8基因的拟南芥T3代纯合体种子为实验材料,利用实时荧光定量RT-qPCR分析NcEXPA8基因在黄梁木种子萌发不同阶段的表达量,并分析NcEXPA8基因和拟南芥种子萌发内源相关基因在拟南芥WT和转基因不同株系萌发种子中的表达量,且对拟南芥WT种子和转基因T3代纯合体种子在不同处理和不同时间的萌发率进行比较。结果表明:NcEXPA8基因在黄梁木种子萌发不同阶段的表达量存在差异,在种壳破裂时表达量最高,随后降低。与拟南芥WT相比,过表达NcEXPA8基因不仅显著提高了种子的萌发速度,而且提高了对赤霉素的敏感性,降低了对脱落酸的敏感性,但未影响拟南芥内源相关结构基因的表达。该研究初步分析了黄梁木NcEXPA8基因在种子萌发中的功能,但其最终确定还需在黄梁木中进行验证。     

甘肃扁蓿豆属(豆科)一新变种——天祝扁蓿豆

该文描述了甘肃东祁连山发现的豆科( Leguminosae)扁蓿豆属( Melilotoides)一新变种———天祝扁蓿豆(Melilotoides ruthenica var. tianhzhuensis C. L. Xu )。该变种植株节间(3~18 mm)短于原变种(30~65 mm);叶片小于原变种;小叶宽卵形或倒卵形;花冠外部(背部)和内部(腹部)均为黄色,且不带紫色和条纹。上述特征与原变种明显不同,易于区别。     

地黄C3H基因的克隆及生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶属于植物中最大的蛋白酶细胞色素P450家族之一,在植物生命活动中发挥着重要作用。为了解地黄香豆酸-3-羟化酶基因RgC3H合成毛蕊花糖苷的功能,该研究基于地黄代谢组学分析获得KEGG途径中的C3H,采用多重比对在NCBI中获得同源基因的一个保守序列,并基于该保守序列和地黄SRA数据库,采用电子克隆和RT-PCR克隆技术获得地黄C3H基因全长CDS(RgC3H),对其进行生物信息学分析。结果表明:RgC3H基因全长为1 530 bp,且编码一个含509个氨基酸、分子量为57.91 kD、无信号肽的蛋白质; 基于氨基酸序列的结构分析显示,RgC3H有一个保守区域-P450结构域; 系统进化分析结果显示,RgC3H与芝麻和猴面花的C3H基因具有很高的同源性。上述结果为进一步研究RgC3H基因在地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中的作用奠定了基础。