药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响

药用植物的很多有效成分为植物的次生代谢产物,包括生物碱、萜类、酚类、甙类等。这些次生代谢产物在植物的生理调节、自身保护、生存竞争、协调与环境关系等生命活动的许多方面均起着重要作用。各种生态环境因素包括光、温度、土壤、空气以及生物因素均影响到药用植物的次生代谢过程。对药用植物次生代谢成分与生态环境因素的关系进行研究有利于揭示药用植物药用有效成分地域性差异的原因,可为药用植物的育种、栽培提供理论依据。     

丛枝菌根真菌脂类代谢对共生信号调控的响应和反馈

丛枝菌根(AM)真菌是自然生态系统中分布最为广泛的真菌之一,在自然界物质循环和能量流动中发挥着重要作用。经过长期的协同进化,AM真菌和宿主植物之间形成了完美的互惠互利的共生关系,而真菌的脂类代谢可能是揭示共生秘密的关键所在。本文综述了AM真菌脂类代谢在共生关系建立和维持中关键作用的最新研究进展,重点探讨了AM真菌脂类代谢对共生信号调控的响应和反馈机制,主要包括:AM真菌脂类存储和释放对共生和非共生状态的响应,以及脂类代谢产物变化与共生营养传递之间的关系;脂类分解过程在共生建立初期对信号分子调控发生的响应,以及相应的物质转化和能量代谢;菌根共生互惠互利关系维持中,真菌脂类代谢与信号分子交流通道的相互渗透和影响。本文对于理解菌根共生机制,促进菌根在生产中的应用具有促进作用。     

丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系

丛枝菌根共生体(arbuscular mycorrhiza, AM)是丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与宿主植物之间形成的互惠共生形式.共生体中的碳、氮交换和代谢影响着宿主植物和共生真菌之间的营养平衡和资源重新分配,在物质和能量循环中发挥着重要作用.宿主植物光合固定的碳输送到真菌内,并且分解和释放真菌所需的生命物质和能量,包括促进孢子萌发、菌丝生长和提高氮等营养元素的吸收;而菌根真菌利用宿主植物提供的碳骨架和能量,发生氮的转化和运输,最终传递给宿主植物供其利用.本文综述了丛枝菌根共生体中碳、氮传输和代谢的主要模式,碳、氮的交互影响和调控机制,以促进丛枝菌根在可持续农业和生态系统中的应用.     

禾草内生真菌对其它微生物的影响研究进展

禾草内生真菌在宿主植物的茎叶等地上组织中普遍存在,不仅能够提高禾草对生物与非生物逆境的抗性,而且能够对周围环境中的不同微生物类群产生影响。主要总结了禾草Neotyphodium/Epichlo内生真菌对病原真菌、丛枝菌根真菌和土壤微生物的影响及其作用机理。发现禾草内生真菌普遍存在对病原真菌的抑制作用,而对丛枝菌根真菌存在不对称的竞争作用,且因种类而异。禾草内生真菌对土壤微生物群落的作用则会随着土壤类型和时间等外界因素发生变化。禾草内生真菌对不同类群微生物的影响机制主要包括:通过生态位竞争、抑菌物质分泌、诱导抗病性等对病原真菌造成影响;通过根系化学物质释放、营养元素调节、侵染条件差异等对丛枝菌根真菌造成影响;通过根际沉积物和凋落物等对土壤微生物群落造成影响。禾草内生真菌产生的生物碱能提高宿主植物对包括昆虫在内草食动物采食的抗性,影响病原菌的侵入、定殖和扩展;根组织分泌物中包含次生代谢产物能够抑制菌根真菌、土传病原真菌及其它土壤微生物的侵染与群落组成;也可能通过次生代谢物影响禾草的其它抗性。因此,禾草内生真菌在植物-微生物系统中的作用应该给予更多的关注和深入研究。     

草原与荒漠植物内生真菌次生代谢产物研究进展

草原与荒漠植物内生真菌是一类特殊生境真菌类群,由于其独特的生存与生态环境,该类真菌在进化的过程中产生出具有不同生态与生物功能的次生代谢产物。相对于其他植物内生真菌而言,该类真菌化学研究相对薄弱与零散,但是目前仍然从这类特殊生境真菌类群中发现了大量结构新颖、活性独特并具有不同化学生态与生物功能的次生代谢产物。本文主要从化学结构角度综述近年来从草原与荒漠植物内生真菌中分离的次生代谢产物(生物碱、聚酮、酚酸、萜类、环肽等5类结构)、药理活性(抗病毒,免疫调节,促进骨髓增殖,细胞毒及Hsp90抑制剂活性等)与化学生态功能活性(杀虫、拒食与动物神经毒活性等),拟为该类特殊生境真菌类群次生代谢产物进一步开发提供研究基础与理论依据,同时对该领域研究存在的问题进行分析与探讨并提出展望。     

丛枝菌根真菌对植物生长影响的研究

菌根是自然界中一种极为普遍和重要的共生现象,其中分布最为广泛的菌根类型就是丛枝菌根,可以增强植物从土壤中获取水分的能力,改善植物根系对磷、镉等矿质元素及养分的吸收,从而促进植物的生长。本文综述了丛枝菌根真菌对植物生长影响的概况。有关丛枝菌根真菌对植物水分和矿质营养的利用,尤其是磷素营养的研究较为深入,而对植物光合特性的研究较少,这些研究工作为深入理解菌根真菌与植物的相互关系提供基础资料。     

植物内生真菌生物活性成分研究进展

植物内生真菌是寄居植物组织内,与植物共生的真菌种类。植物内生真菌的次生代谢产物具有结构和生物活性多样性的特点,因而可为医药及农药创制提供先导结构,具有巨大的研究和开发价值。本文综述了近三年来(2017～2019年)从植物内生真菌中分离出来的具有生物活性的生物碱、聚酮、萜类、甾醇、蒽醌以及其他类化合物,并分别简要概述了其生物活性研究进展,以期为植物内生真菌活性代谢产物的研究与利用提供参考。     

外源茉莉酸类激素对药用植物次生代谢的影响研究

茉莉酸类物质是普遍存在于植物界的一类内源性激素,在植物次生代谢过程中发挥重要作用,能够诱导酚类、萜类和生物碱等多种药用活性成分在植物体内的合成。本文综述了国内外应用茉莉酸类激素对药用植物次生代谢影响的研究进展与现状,其宗旨在于能够为药用植物栽培和开发利用提供参考和依据。     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。     

Apocarotenoid biosynthesis in arbuscular mycorrhizal roots: contributions from methylerythritol phosphate pathway isogenes and tools for its manipulation

During colonization by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi plant roots frequently accumulate two types of apocarotenoids (carotenoid cleavage products). Both compounds, C(14) mycorradicin and C(13) cyclohexenone derivatives, are predicted to originate from a common C(40) carotenoid precursor. Mycorradicin is the chromophore of the "yellow pigment" responsible for the long-known yellow discoloration of colonized roots. The biosynthesis of apocarotenoids has been investigated with a focus on the two first steps of the methylerythritol phosphate (MEP) pathway catalyzed by 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase (DXS) and 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase (DXR). In Medicago truncatula and other plants the DXS2 isogene appears to be specifically involved in the AM-mediated accumulation of apocarotenoids, whereas in the case of DXR a single gene contributes to both housekeeping and mycorrhizal (apo)carotenoid biosynthesis. Immunolocalization of DXR in mycorrhizal maize roots indicated an arbuscule-associated protein deposition, which occurs late in arbuscule development and accompanies arbuscule degeneration and breakdown. The DXS2 isogene is being developed as a tool to knock-down apocarotenoid biosynthesis in mycorrhizal roots by an RNAi strategy. Preliminary results from this approach provide starting points to suggest a new kind of function for apocarotenoids in mycorrhizal roots.     

丛枝菌根真菌诱导植物产生酚类物质的研究进展

酚类物质是植物体内重要的次生代谢产物,对病原微生物的侵袭有很好的防御作用。AM真菌能够诱导植物的酚类物质合成,而且这种诱导既是原位的、也是系统的,相关研究已有大量报道。本文对AM真菌原位和系统诱导酚类物质进行了论述,并对系统诱导过程中可能的信号分子(SA、H2O2)进行了评述,最后提出了AM真菌系统诱导酚类物质产生的可能作用机理,进一步明确后续工作中的研究方向。     

Enhanced flux through the methylerythritol 4-phosphate pathway in Arabidopsis plants overexpressing deoxyxylulose 5-phosphate reductoisomerase

The methylerythritol 4-phosphate (MEP) pathway synthesizes the precursors for an astonishing diversity of plastid isoprenoids, including the major photosynthetic pigments chlorophylls and carotenoids. Since the identification of the first two enzymes of the pathway, deoxyxylulose 5-phoshate (DXP) synthase (DXS) and DXP reductoisomerase (DXR), they both were proposed as potential control points. Increased DXS activity has been shown to up-regulate the production of plastid isoprenoids in all systems tested, but the relative contribution of DXR to the supply of isoprenoid precursors is less clear. In this work, we have generated transgenic Arabidopsis thaliana plants with altered DXS and DXR enzyme levels, as estimated from their resistance to clomazone and fosmidomycin, respectively. The down-regulation of DXR resulted in variegation, reduced pigmentation and defects in chloroplast development, whereas DXR-overexpressing lines showed an increased accumulation of MEP- derived plastid isoprenoids such as chlorophylls, carotenoids, and taxadiene in transgenic plants engineered to produce this non-native isoprenoid. Changes in DXR levels in transgenic plants did not result in changes in␣DXS gene expression or enzyme accumulation, confirming that the observed effects on plastid isoprenoid levels in DXR-overexpressing lines were not an indirect consequence of altering DXS levels. The results indicate that the biosynthesis of MEP (the first committed intermediate of the pathway) limits the production of downstream isoprenoids in Arabidopsis chloroplasts, supporting a role for DXR in the control of the metabolic flux through the MEP pathway.     

Secondary metabolism in cannabis

Cannabis sativa L. is an annual dioecious plant from Central Asia. Cannabinoids, flavonoids, stilbenoids, terpenoids, alkaloids and lignans are some of the secondary metabolites present in C. sativa. Earlier reviews were focused on isolation and identification of more than 480 chemical compounds; this review deals with the biosynthesis of the secondary metabolites present in this plant. Cannabinoid biosynthesis and some closely related pathways that involve the same precursors are disscused.     

1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶(DXS)及其编码基因

萜类物质是广泛分布于生物界的一类天然产物,也是重要生命物质。萜类物质通过甲羟戊酸(MVA)途径和2-C-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸(MEP)途径合成,古细菌、真菌和动物及人的萜类物质主要通过MVA途径合成,而多数真细菌(即通常而言的细菌)则利用MEP途径。植物同时拥有两种途径但分别定位于细胞质和质体。1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶(DXS)是MEP途径的第一个酶,也是该途径的关键调控位点。现从DXS在MEP途径中的作用、DXS结构、亚细胞定位和酶活性、编码基因及突变体等方面对DXS进行全面阐述。拟南芥DXS基因插入突变体cla1-1发生白化,DXS基因表达与类胡萝卜素等萜类物质积累密切相关,在转基因生物体中过度表达DXS可促进萜类物质合成。植物DXS具有典型的质体转运肽序列,决定了DXS的质体定位。完备的DXS活性分析体系为DXS抑制剂开发筛选等研究奠定良好基础。DXS由一至多个基因编码,随生物种类而异,根据同源性,植物DXS基因可分成两类。DXS基因家族不同成员具有不同的表达模式,但通常有一个成员在多种组织中广泛表达。     

生物诱导子在植物细胞培养生产次生产物中的应用

生物诱导子作为一种有效的调控手段,在植物细胞培养中能促进生物碱,皂甙、酚类、萜类、黄酮类等多种次生产物的积累,因而得到广泛应用。