高等植物中蔗糖降解酶及其基因表达与调控

大多数植物的库器官都是以蔗糖的形式接受碳源和能源,蔗糖进入库代谢需要转化酶和蔗糖合成酶降解成为葡萄糖和果糖,而糖又调节植物代谢过程中许多酶的基因表达,因此蔗糖降解酶是植物生长发育中起关键作用的酶．综述了近年来蔗糖合成酶和转化酶的作用及它们基因表达和调节的研究进展．     

植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成

纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源,1996年克隆了第一个植物纤维素合成酶基因,植物纤维素的生物合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶如Korrigan纤维素酶,蔗糖合成酶等来共同完成。本文介绍了植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成途径及其相关基因如蔗糖合成酶基因、KORRIG-AN基因等研究进展。     

蔗糖代谢相关基因转化植株的研究进展

蔗糖代谢关键酶主要有蔗糖酶(转化酶)、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶.本文对这些酶编码基因的转化植株的特性作了介绍,并对需进一步研究的问题进行了讨论.     

温度对棉纤维糖代谢相关酶活性的影响

以棉纤维比强度高的科棉1号和中等强度的美棉33B 2个基因型棉花品种为材料,于2005年在江苏南京(长江流域下游棉区)和徐州(黄河流域黄淮棉区)设置不同播期(4月25日和5月25日)试验,研究了不同温度下棉纤维发育过程中蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶等糖代谢相关酶活性的动态变化特征及其与纤维长度和比强度形成的关系.结果表明：棉纤维伸长发育期,蔗糖酶、β-1,3-葡聚糖酶活性较高;纤维加厚发育期,蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶活性上升速度快、活性高,蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶活性下降速度快.纤维伸长期,蔗糖酶活性升高对纤维的伸长具有明显促进作用;纤维加厚发育期,提高蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性及加快蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶活性下降速度有利于提高纤维比强度.科棉1号前期蔗糖酶、β-1,3-葡聚糖酶活性及中后期蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性均较美棉33B高.在本试验条件下,23.3 ℃是高强纤维形成的适宜温度,23.3 ℃～25.5 ℃是纤维长度形成的适宜温度.     

高等植物中与蔗糖代谢相关的酶

就近年来高等植物转化酶,蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶等3种与蔗糖代谢相关酶的作用,基因的克隆以及转基因植株的表现作了述评。     

不同温度敏感性棉花纤维发育相关酶活性变化对低温的响应

选用纤维比强度形成存在温度敏感性差异的两个棉花品种（科棉1号：温度弱敏感型品种,苏棉15：温度敏感型品种）为材料,于2006—2007年在江苏南京设置大田分期播种试验,使棉纤维发育处于不同的温度条件,研究低温对棉纤维发育相关酶（蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶）活性及相应基因表达的影响.结果表明：由晚播造成的低温（棉纤维发育期日均最低温分别为21.1、20.5和18.1 ℃）影响了纤维发育相关酶的活性变化,从而影响了棉纤维素累积和纤维比强度的形成.低温提高了纤维中蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶的活性,降低了蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶的活性.低温使Expansin、蔗糖合成酶基因的高表达时间延长,β-1,3-葡聚糖酶基因的表达峰值出现时间延迟,且表达量降低.两个棉花品种的纤维素合成相关酶对低温的响应存在差异,温度敏感型品种（苏棉15）的酶活性的变化幅度明显高于温度弱敏感型品种（科棉1号）, 可能是导致不同棉花品种纤维比强度形成存在温度敏感性差异的主要原因.     

河套蜜瓜果实发育过程中糖积累与蔗糖代谢相关酶的关系

以河套蜜瓜为试材,采用外部形态观测与内部生理指标测定相结合的方法,对其果实发育过程中果实生长模式以及果实中蔗糖、果糖、葡萄糖和淀粉含量以及蔗糖代谢相关酶活性进行测定,以揭示河套蜜瓜果实生长发育过程中糖的代谢积累与相关酶的关系.结果显示:(1)河套蜜瓜果实生长速率呈单"S"曲线,果实发育早期以积累葡萄糖为主,进入成熟期后蔗糖积累量迅速增加,最终由蔗糖和己糖共同构成果实品质.(2)在河套蜜瓜果实成熟期前,蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性维持较低水平,进入成熟期后,SPS活性迅速升高;蔗糖合成酶(SS)活性在成熟期前为分解活性大于合成活性,成熟期后表现为合成活性大于分解活性;在整个果实发育期,酸性转化酶(AI)活性较低,中性转化酶(NI)活性始终高于AI.(3)在果实整个发育期,蔗糖含量与蔗糖代谢酶的净活力呈极显著正相关,蔗糖代谢相关酶共同作用决定果实中蔗糖含量.研究表明,在河套蜜瓜果实发育前期,以蔗糖分解代谢为主,且蔗糖合成酶和中性转化酶是催化蔗糖分解的关键酶;果实成熟期间,蔗糖代谢转为合成方向为主,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶在蔗糖积累中起主导作用.     

玫瑰链霉菌海藻糖合成酶基因克隆、表达及功能鉴定

目的:克隆玫瑰链霉菌海藻糖合成酶基因(Srt)使其在大肠杆菌XL10-Gold中高效表达,并对重组酶的酶学特性进行研究。方法:利用PCR技术从玫瑰链霉菌中克隆到一段长1 704bp的海藻糖合成酶基因(Srt),构建重组表达质粒pSE380-Srt-treS,将其转化大肠杆菌XL10-Gold中诱导表达,对重组纯酶进行SDS-PAGE分析及酶学特性测定。结果:SDS-PAGE显示在65kDa处有明显单一蛋白条带。该酶可催化麦芽糖和海藻糖之间的可逆反应,海藻糖得率达82%,且含有很低的副产物葡萄糖(5%左右)。最适反应温度和pH分别为30℃、7.5,Cu2+、Zn2+和Tris能明显抑制酶活力。该酶还可催化蔗糖生成一种无龋齿,适合糖尿病患者食用的糖类-海藻酮糖。结论:成功克隆表达了一个海藻糖合成酶基因,该酶转化率高,副产物较少,为工业酶法生产海藻糖奠定基础。     

遮光灵武长枣果实糖积累和代谢相关酶活性特征

于灵武长枣盛花期对果实进行遮光处理,以自然照光为对照,通过测定果实生长指标、叶绿素含量、蔗糖代谢相关酶活性及其蔗糖代谢糖分含量等,研究果实光合作用在果实糖积累中的作用及对果实多糖和总糖含量积累的影响。结果表明:(1)遮光处理后,果实单粒重、单粒体积以及果实中叶绿素含量均降低。(2)遮光处理不同程度增加了果实中转化酶、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶分解方向酶的活性,而降低了其蔗糖合成酶合成方向酶的活性。(3)遮光处理主要影响果实着色期和成熟期的糖含量,对果实发育初期糖含量影响较小;果实多糖的形成与果实所受光照状况具有一定的关系,而果实中总糖的积累与外界光照具有密切关系。可见,果实遮光处理影响了果实发育过程中蔗糖代谢相关酶的活性,从而影响果实糖分的代谢和积累。     

菊芋蔗糖代谢相关产物与关键酶基因对高温的响应

蔗糖是一类重要的碳水化合物,其代谢与植物生长发育及抵抗胁迫等有密切的关系。蔗糖合成酶(SUS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)与蔗糖转化酶(INV)是参与蔗糖代谢的三类关键酶。本研究依据转录组测序数据,从能源植物菊芋中鉴定了2个SUS、2个SPS和7个INV基因(GenBank No:MK386943-53)。生物信息学分析表明,菊芋SUS、SPS和INV的氨基酸序列与其他物种具有较高的相似性,均属于亲水性蛋白。在25、30°C处理10、15、20 d的菊芋幼苗叶片中,这三种基因家族成员呈现不同的表达模式;除可溶性总糖含量减少外,果糖、蔗糖、蔗果三糖等含量没有发生明显变化。表明高温下幼苗蔗糖代谢关键酶基因发生了响应,蔗糖代谢处于平衡状态,显示了菊芋对高温的良好耐受性。