GA3和IAA对慈竹木质素生物合成相关酶活性调控及与木质素含量和S/G的关系

以慈竹为材料,通过叶面喷洒赤霉素（GA₃）和吲哚乙酸（IAA）,研究GA₃和IAA对慈竹木质素生物合成相关酶活性调控效应,以及相关酶活性与木质素含量和S/G比值的关系,为慈竹优质栽培和遗传改良提供理论依据。结果表明,GA-350IAA200处理对4CL酶活性具有促进作用;而GA-3200IAA50在处理后50天时对4CL酶活性起到明显的抑制作用,而且改变了4CL酶活性的动态变化趋势。GA₃和IAA对慈竹CAD酶活性具有促进作用;对PAL酶活性具有明显的抑制作用。相关分析结果表明,经过GA₃和IAA处理后,4CL酶活性与木质素含量和S/G比值呈不显著的负相关关系;PAL酶活性与木质素含量呈不显著的正相关关系;CAD酶活性与木质素含量和S/G比值呈不显著的正相关或负相关关系。结论,GA₃和IAA对慈竹木质素生物合成相关酶活性具有调控效应,而且这种调控作用与GA₃和IAA的浓度和配比有关。     

竹子木质素合成酶基因克隆与分析

苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine Ammonia-Lyase,PAL;EC 4.3.1.5)是木质素生物合成过程的关键酶和限速酶,竹材中的木质素含量的降低有利于提高竹浆的品质.采用RACE技术分别从黄古竹(Phyllostachys angusta)等4种竹子中克隆了PAL基因的全长序列,并进行了生物信息学分析.结果显示,PAL基因的开放读码框长度为2 136 bp,共编码712个氨基酸,具有2个外显子和1个内含子;对PAL蛋白单体的三维结构分析显示,PAL蛋白均含有大量的α螺旋和β折叠结构;基于邻接法的进化树对31种植物的PAL基因的氨基酸序列分析表明,竹类植物PAL的氨基酸序列之间同源性较高,与单子叶植物禾本科(除竹亚科植物外)的玉米和甘蔗等的亲缘关系较近,而与双子叶植物的辣椒、烟草、红参、莴笋等亲缘关系较远.     

茶树4CL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是茶树苯丙烷代谢途径的核心酶，是类黄酮和木质素生物合成的关键酶，对茶树抗胁迫及茶叶品质形成有重要作用。研究通过生物信息学分析，从‘黄棪’和‘铁观音’茶树中分别鉴定出8个和9个4CL基因家族成员，命名为HD-Cs4CL1～8和TGY-Cs4CL1～9。系统发育分析将其分为A和B两组，A组中第Ⅰ亚家族的HD-Cs4CL3、HD-Cs4CL7、TGY-Cs4CL2和第Ⅱ亚家族的HD-Cs4CL2、TGY-Cs4CL5可能分别参与木质素和类黄酮合成。启动子顺式元件分析表明4CL基因中存在大量与植物发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件。不同组织转录组数据分析表明，Cs4CL基因在茶树特定发育时期具有重要作用。实时荧光定量检测表明，HD-Cs4CL6和HD-Cs4CL8在GA、MeJA、ABA、低温和干旱处理下表达量均显著上调；HD-Cs4CL7在ABA处理和干旱处理下表达量上调，HD-Cs4CL2和HD-Cs4CL3在ABA处理下表达量上调。研究为进一步探究茶树4CL基因家族参与响应多种环境的生物学机制提供参考。     

沙棘刺和芽的组织解剖与转录组分析北大核心CSCD

该研究通过组织切片分析比较了沙棘刺与芽的组织染色差异,通过转录组测序分析比较了刺和芽的基因表达谱差异,通过qRT-PCR验证候选基因的表达水平,为进一步通过基因工程手段调控沙棘刺的发育提供候选基因。结果表明:(1)沙棘芽横切面的组织边界层次分明,而沙棘刺横切面的组织边界模糊,且刺尖中心的红色区域较大,木质素自发荧光结果表明刺中木质化程度显著增强。(2)转录组分析组装得到81560个单基因(unigenes),其中包含9385个差异表达基因(DEGs)。(3)GO和KEGG富集分析表明,富集程度最高的基因主要与细胞壁、表皮、气孔发育有关,尤其是与木质素合成途径相关;芽刺相关DEGs分析结果表明,木质素合成相关DEGs共20个,角质、木栓质和蜡质生物合成相关DEGs共29个,植物表皮发育和气孔复合体发育的相关DEGs相同共14个;结合文献分析推测,部分热头蛋白基因参与控制沙棘刺顶端分生组织消失,木质素合成相关基因则与刺硬化过程密切相关。(4)qRT-PCR分析验证显示,与芽相比,挑选的6个木质素合成相关DEGs中有3个分别上调了9.5倍、41.1倍和13.7倍,3个下调至5%、14%和24%;挑选的4个角质、木栓质和蜡质生物合成相关DEGs中有2个分别上调3.6倍和22.1倍,另外2个下调至3%和6%;挑选的4个表皮和气孔发育相关DEGs均下调至6%、13%、3%和4%;关键基因的相对表达水平与转录组测定的TPM值可相互印证,表明验证结果与转录组分析结果一致。研究发现,沙棘刺和芽具有明显的形态和组织差异,二者间的DEGs主要与木质素合成以及细胞壁、表皮和气孔发育有关。     

基于高通量测序的慈竹笋转录组分析与基因功能注释

慈竹是我国四川当地的优势丛生竹种之一,其纤维长度和质量较优异,是造纸、纺织等工业的良好原料。本文利用Illumina Hi SeqTM 2000平台,对10、50、100和150 cm高的慈竹笋进行转录组分析,共得到69.28 M条读长(Reads),经从头拼接、组装和聚类后得到111 137条非重复序列基因Unigene,其中共有63 094条注释到COG、GO、KEGG、Swiss-Prot和Nr数据库中。这些Unigene不仅具有一般的功能,如转录和信号转导等,还涉及到蔗糖转运与代谢、次级代谢产物及细胞壁的生物合成等方面。不同高度慈竹笋的纤维素合成酶基因存在差异表达,发现了可能调控慈竹生长发育以及纤维素和木质素生物合成的相关基因,为慈竹品种改良提供一定的理论基础。     

植物4香豆酸:辅酶A连接酶研究进展

4香豆酸:辅酶A连接酶(4-coumarate:coenzyme A ligase EC6.2.1.12,4CL)是木质素生物合成途径中的一个关键酶,催化肉桂酸及其衍生物生成相应的硫酯。同时也是苯丙烷类代谢途径中的第三个步骤,连接木质素前体和各个分支途径的纽带,在木质素合成过程中发挥了重要的调控作用。近年来利用基因工程手段调控木质素生物合成,降低木质素含量,减少制浆造纸过程中的污染已成为研究热点。结合国内外关于4CL的研究成果,对植物4CL基因家族、酶学性质、晶体结构以及4CL在调控木质素生物合成中的作用等方面进行综述,并对4CL的研究方向提出展望,旨为对该基因的研究提供参考。     

石榴种皮木质素合成相关转录因子基因PgMYB的克隆与表达

为初步探讨石榴(Punica granatum L.)籽粒硬度产生机理及转录因子基因PgMYB在石榴种皮木质素生物合成途径中的作用,测定了不同石榴品种籽粒硬度及种皮总木质素含量并分析两者关系,利用RT-PCR结合RACE技术,克隆了‘红玉石籽’石榴的1个MYB转录因子基因(PgMYB),通过实时荧光定量PCR技术分析了PgMYB的相对表达量。结果表明:(1)石榴籽粒硬度与种皮总木质素含量呈显著正相关关系,相关系数为0.906。(2)PgMYB基因cDNA全长1 088bp,开放阅读框921bp,编码蛋白由306个氨基酸组成,N端具有2个MYB DNA结合结构域,是植物中一个典型的R2R3-MYB转录因子;同源分析显示,该基因编码的氨基酸序列与银合欢的MYB1和拟南芥的MYB4一致性分别高达89%和84%。(3)在不同籽粒硬度石榴品种中PgMYB的表达与籽粒硬度和种皮总木质素含量呈负相关关系。(4)在石榴各个发育时期中,PgMYB表达与种皮总木质素含量同样呈负相关关系。推测该基因可能抑制石榴种皮总木质素的生物合成。     

木质素生物合成酶CCR基因的生物信息学分析

肉桂酰辅酶A还原酶(Cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是催化木质素特异途径的第一个关键酶,是调节碳素流向木质素潜在的控制关节点,对木质素单体的生物合成起着重要作用。通过NCBI数据库收集来自裸子植物、单子叶植物及双子叶植物的35条CCR基因的完整信息,对35条CCR基因的cDNA及其编码的氨基酸序列的进化规律、理化性质、结构域、导肽、信号肽、跨膜结构域、亲/疏水性以及蛋白质结构等性状进行了生物信息学分析与预测,构建了CCR基因的系统发育树。分析结果表明,单子叶植物CCR基因中GC的含量明显高于双子叶植物;CCR基因编码的氨基酸序列存在9个保守区域;所编码氨基酸的理化性质基本一致,但单子叶、双子叶及裸子植物的CCR基因编码主要氨基酸的种类和含量存在着差异;CCR蛋白的N-端存在一个脱氢酶/差向异构酶/辅酶Ⅰ结合蛋白的结构域,无导肽、信号肽及跨膜结构域,属亲水性蛋白;进化树绘制以及同源建模结果表明,CCR基因的进化和植物的进化基本一致,CCR蛋白三级结构模型的空间结构稳定,建模结果可靠。分析结果对于深入研究CCR蛋白在木质素合成中的作用具有一定的理论指导意义。     

慈竹C3H基因克隆及其生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶(C3H)是调控植物木质素生物合成的关键酶,本文以慈竹为材料,利用RT-PCR技术克隆慈竹C3H基因,并对其进行生物信息学分析,为通过基因工程手段降低工业用竹木质素含量奠定基础。结果表明,该cDNA序列全长为1 581 bp,编码区为1 539 bp,编码512个氨基酸,蛋白分子量为58.33KD,等电点为9.09;氨基酸序列和结构分析显示C3H有一个保守区域,即P450结构域。系统进化分析表明,该基因与毛竹和水稻的C3H基因具有很高的同源性。慈竹与毛竹和水稻C3H基因编码蛋白为亲水性蛋白,这三种编码蛋白很可能定位在内质网(膜)上,其编码蛋白的二级结构及三级结构都含有丰富的α-螺旋和无规卷曲,β-转角和延伸链的含量较少,都含有2个相对保守的无序化区域。该基因已在GenBank上注册,基因序列登录号为JF693629,可能与慈竹木质素的生物合成有关。     

木质素代谢的生理意义及其遗传控制研究进展

木质素含量及其相关酶系活性与植物的生长发育、抗病性、抗逆性密切相关．在造纸工业中,木质素处理是造成环境污染的重要来源。本文对木质素代谢在植物生长发育过程中的生理意义及近年来通过控制PAL、4CL、CAD、POD等酶的活性调节木质素含量或改变其组分方面的研究进展进行了综合评述,并对今后的林木育种工作进行了展望。     

2个慈竹bZIP基因的克隆、生物信息学分析及其诱导表达

从慈竹笋转录组数据库中筛选并克隆出2个bZIP基因（BebZIP2和BebZIP6）进行生物信息学分析。分析结果表明,它们编码序列长度分别为504和720 bp,编码167个和239个氨基酸,BebZIP2和BebZIP6属于bZIP相关蛋白,与水稻OsbZIP52/RISBZ5蛋白聚在一枝。组织表达分析表明,这2个慈竹BebZIP基因在慈竹笋、茎、展开叶和未展开叶等部位均有表达,属于组成型表达,同一基因在不同组织中的表达量差异较大,表达量的大小为未展开叶 > 展开叶 > 茎 > 笋。对慈竹幼苗进行ABA、NaCl和PEG6000非生物胁迫处理,结果表明,BebZIP2和BebZIP6对盐、干旱和ABA胁迫均具有不同程度的响应。     

Differential expression of two distinct phenylalanine ammonia-lyase genes in condensed tannin-accumulating and lignifying cells of quaking aspen

Lignins, along with condensed tannins (CTs) and salicylate-derived phenolic glycosides, constitute potentially large phenylpropanoid carbon sinks in tissues of quaking aspen (Populus tremuloides Michx.). Metabolic commitment to each of these sinks varies during development and adaptation, and depends on L-phenylalanine ammonia-lyase (PAL), an enzyme catalyzing the deamination of L-phenylalanine to initiate phenylpropanoid metabolism. In Populus spp., PAL is encoded by multiple genes whose expression has been associated with lignification in primary and secondary tissues. We now report cloning two differentially expressed PAL cDNAs that exhibit distinct spatial associations with CT and lignin biosynthesis in developing shoot and root tissues of aspen. PtPAL1 was expressed in certain CT-accumulating, non-lignifying cells of stems, leaves, and roots, and the pattern of PtPAL1 expression varied coordinately with that of CT accumulation along the primary to secondary growth transition in stems. PtPAL2 was expressed in heavily lignified structural cells of shoots, but was also expressed in non-lignifying cells of root tips. Evidence of a role for Pt4CL2, encoding 4-coumarate:coenzyme A ligase, in determining CT sink strength was gained from cellular co-expression analysis with PAL1 and CTs, and from experiments in which leaf wounding increased PAL1 and 4CL2 expression as well as the relative allocation of carbon to CT with respect to phenolic glycoside, the dominant phenolic sink in aspen leaves. Leaf wounding also increased PAL2 and lignin pathway gene expression, but to a smaller extent. The absence of PAL2 in most CT-accumulating cells provides in situ support for the idea that PAL isoforms function in specific metabolic milieus.     

低氧气调包装对去壳雷笋褐变和木质化的影响

研究了在厚度为0.04 mm的聚乙烯(PE)袋内充气成分为2%O2、5%CO2和93%N2于10℃下贮藏时气调袋装去壳雷笋褐变和木质化进程.与对照相比,低氧气调包装(MAP)抑制了去壳雷笋贮藏前期丙二醛(MDA)的生成,显著抑制了过氧化物酶(POD)(P＜0.05)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(P＜0.01),最终显著抑制了笋肉的褐变(P＜0.01),显著抑制了木质素(P＜0.05)和纤维素的合成,从而延长了保鲜期.去壳雷笋的褐变可能由POD和PAL活性作用引起.POD和PAL活性的增加也可能诱导了木质素的合成.     

毛竹茎秆伸长过程中赤霉素生物合成、降解和信号转导关键基因的鉴定及表达分析

赤霉素(Gibberellin)是一类非常重要的植物激素,在高等植物生命活动的整个周期都起着重要的调控作用。从毛竹Phyllostachys edulis基因组中共鉴定出23个赤霉素途径基因,包括赤霉素生物合成相关的8个GA20ox和1个GA3ox基因、降解相关的8个GA2ox基因、参与赤霉素感知的2个GID1基因以及信号转导的2个GID2基因和2个DELLA基因。拟南芥、水稻和毛竹的系统进化树和保守基序分析显示赤霉素的合成代谢与信号转导在这些物种中是高度保守的。利用外源赤霉素处理毛竹种子和幼苗,发现赤霉素能显著提高种子的萌发率和幼苗的茎秆伸长,并且有着最佳的作用浓度。在GA3处理后,毛竹体内赤霉素生物合成基因GA20ox和GA3ox表达量均下调而降解活性赤霉素的GA2ox基因表达量上调;赤霉素受体GID1和正调控基因GID2的转录水平显著提高而负调控基因DELLA的表达受到抑制。这些基因在竹笋茎秆的不同形态学位置表达差异明显,大部分赤霉素生物合成与降解的相关基因GA20ox、GA3ox和GA2ox以及赤霉素受体GID1和正调控基因GID2都在竹笋的形态学上端大量表达,而赤霉素信号转导的阻遏基因DELLA在笋体形态学底端大量积累而顶端基本不表达。     

Phenylalanine ammonia-lyase and cell wall peroxidase are cooperatively involved in the extensive formation of ferulate network in cell walls of developing rice shoots

The relationship between the formation of cell wall-bound ferulic acid (FA) and diferulic acid (DFA) and the change in activities of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and cell wall-bound peroxidase (CW-PRX) was studied in rice shoots. The length and the fresh mass of shoots increased during the growth period from day 4 to 6, while coleoptiles ceased elongation growth on day 5. The amounts of FA and DFA isomers as well as cell wall polysaccharides continued to increase during the whole period. The activities of PAL and CW-PRX greatly increased in the same manner during the period. There were close correlations between the PAL activity and ferulate content or between the CW-PRX activity and DFA content. The expression levels of investigated genes for PAL and putative CW-PRX showed good accordance with the activities of these enzymes. These results suggest that increases in PAL and CW-PRX activities are cooperatively involved in the formation of ferulate network in cell walls of rice shoots and that investigated genes may be, at least in part, associated with the enzyme activities. The substantial increase in such network probably causes the maturation of cell walls and thus the cessation of elongation growth of coleoptiles.     

孝顺竹肉桂醇脱氢酶基因的克隆及表达研究

肉桂醇脱氢酶(cinnamoyl alcohol dehydrogenas,CAD)是木质素生物合成过程中的一类关键酶.采用RT-PCR及RACE方法从孝顺竹笋中分离出CAD基因家族的一个基因,cDNA全长是1131 bp(GenBank注册号为GU985522),含有一个1 107 bp的读码框,编码一个368 aa...