淀粉蔗糖酶AcAS的工作机理研究与稳定性改造

目的:对新发现的一种新型淀粉蔗糖酶AcAS的结构功能进行深入讨论。方法:用同源模建方法构建AcAS的三维结构;用高斯网络模型和各项异性网络模型,对其功能型运动和工作机理进行预测;利用迭代高斯网络模型方法对其去折叠路径进行预测;根据去折叠路径预测及折叠自由能计算结果设计突变体。结果:模建结果表明,AcAS结构与淀粉蔗糖酶NpAS的结构更相似;AcAS有扭转运动的趋势,其中AcAS的N/C结构域运动性较强,而催化核心的运动性较弱;根据去折叠路径预测,发现N、B和C结构域较易去折叠;通过自由能计算,针对上述3个结构域设计了5株突变体。结论:构建了AcAS的三维结构模型并根据模型探讨了其工作机理;根据去折叠路径预测及折叠自由能计算结果,对AcAS的稳定性改造提出了有益的建议。     

蔗糖添加对杉木低磷胁迫响应和蔗糖代谢的影响

为了揭示低磷胁迫下蔗糖对杉木低磷胁迫响应和蔗糖代谢的影响,选用两种不同磷效率杉木家系M32和M28进行低磷胁迫下的蔗糖添加试验,分析蔗糖添加对低磷胁迫下杉木形态特征、生理特性和低磷诱导相关基因表达的影响。结果表明：蔗糖添加促进了低磷胁迫下杉木苗高、根长、根表面积、根平均直径、根体积、根叶组织蔗糖含量和根叶组织无机磷含量的增加,但仍明显低于正常供磷处理下添加蔗糖处理的杉木增量。低磷促进杉木叶中花青素的积累,而正常供磷和低磷胁迫下的蔗糖添加处理都显著促进了叶片花青素含量的增加。随着胁迫时间的延长,M28与M32在根、叶组织的蔗糖含量存在显著差异,且M28根叶组织中的蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性都高于M32。蔗糖合成酶ClSuSy在M28和M32根系中受低磷胁迫诱导下调表达,但蔗糖添加处理明显诱导ClSuSy表达量升高,M28在正常供磷并添加蔗糖处理下的ClSuSy表达量显著高于其它处理。蔗糖转运蛋白SUT4、磷转运蛋白ClPht1;4、紫色酸性磷酸酶PAP1和PAP11在M28和M32根系中总体上受低磷胁迫诱导上调表达,且受蔗糖添加处理诱导下调表达。低磷胁迫下,添加或不添加蔗糖处理的M32根系SUT4的表达量均在15d时显著升高,并在45d时回落到正常水平。ClPht1;4和PAP1在低磷胁迫15d的表达量显著高于45d时的表达量,且ClPht1;4在M32根系中的表达量远高于M28。本研究表明,蔗糖对杉木低磷胁迫响应和糖代谢有重要的影响作用,低磷胁迫下添加蔗糖处理能够在一定程度上缓解杉木低磷胁迫响应。     

蔗糖调节拟南芥花青素的生物合成

为了探讨糖在花青素合成过程中的调节作用,采用蔗糖和其代谢糖（葡萄糖 和果糖）组合处理拟南芥幼苗.实验结果表明,60 mmol/L蔗糖处理显著提高拟南芥 幼苗的花青素、还原糖含量,并上调花青素合成相关基因（CHS, FLS-1, DFR, LDOX, BANYULS）的转录,对叶绿素含量和UGT78D2基因的转录无影响;20 mmol/L 葡萄糖+20 mmol/L果糖处理,对花青素、叶绿素和还原糖的含量无影响,对花青素 合成相关基因转录影响不一;20 mmol/L蔗糖+20 mmol/L葡萄糖+20 mmol/L果糖处 理后,花青素和还原糖含量介于前两个处理之间,也上调花青素合成相关基因的转 录;但和蔗糖处理组相比,上调UGT78D2基因转录,下调FLS-1基因转录.在不同处 理组之间,花青素含量变化和还原糖含量变化趋势相同,有可能糖在调节花青素 合成的同时也调节还原糖含量.因此,蔗糖既可以通过蔗糖特异信号途径,也可以 和其代谢糖通过其他途径共同调节拟南芥花青素的生物合成.     

肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶基因在大肠杆菌中的表达

以肠膜明串珠菌基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到1 581 bp的蔗糖磷酸化酶(SPase)DNA片段.将该基因克隆到表达载体pET-22b(+)上,构建获得重组质粒pET-SPase.测序结果与GenBank上已公布的基因序列比较,有1个碱基发生变化,但该碱基的改变未引起氨基酸序列的改变.将pET-SPase转化到Escherichia coli Rosetta(DE3)感受态中,IPTG诱导表达后进行SDS-PAGE分析,目的蛋白条带约为55 kD,与预期大小一致,结果表明SPase基因在大肠杆菌中进行了表达.酶活分析,产物的比活为1.8 U/mg,证明了表达产物具有预期的酶活性.进一步考察了IPTG浓度、诱导温度和时间等因素对重组菌表达的蔗糖磷酸化酶的影响.在优化条件下,该蔗糖磷酸化酶的比活可以达到16.6 U/mg,比优化表达条件前的酶比活提高了9.2倍,比已报道的肠膜明串殊菌粗酶液比活(7.1 U/mg)提高了2.34倍.     

发育时期和光诱导对拟南芥AtSUC2基因表达的影响

蔗糖是高等植物中碳水化合物最主要的转运形式,对于植物的生长发育至关重要.植物体内蔗糖的转运主要依赖蔗糖转运蛋白,因此对于蔗糖转运蛋白基因的研究具有重要意义.拟南芥蔗糖转运蛋白AtSUC2在蔗糖装载中起主要作用,通过半定量RT-PCR测定拟南芥叶片不同发育时期和不同光强下AtSUC2基因的表达量,研究拟南芥特定发育阶段和光诱导作用下AtSUC2基因表达的影响.结果表明,在野生型拟南芥叶片中,AtSUC2基因在16 d幼叶、30 d营养期叶片、生殖期叶片中均表达,在16 d幼叶和生殖期叶片中表达强度较弱,在营养生长旺盛时(30 d叶龄)表达较高.同时,植株在暗处理12 h时,AtSUC2基因表达量降低,在强光处理12 h时,AtSUC2基因表达量与对照差异不显著,可能AtSUC2基因的表达受光诱导但与光强无关.     

植物细胞壁中纤维素合成的研究进展

纤维素是植物细胞壁的主要成分,是植物细胞壁执行生理功能的基础,也是人类生产和生活中必不可少的一类物质。本文对纤维素合成、合成中所需要的酶以及纤维素沉积中微纤丝的作用等方面进行了综述和探讨, 并对纤维素合成的深入研究进行了展望。     

大黄欧文氏菌蔗糖异构酶控制产物特异性基序的定点突变

大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)蔗糖异构酶催化蔗糖异构为异麦芽酮糖和海藻酮糖,具有一个可能控制产物特异性的325RLDRD329基序.本研究以定点突变方法对该基序的带电荷氨基酸进行突变,共构建R325D、R328A、R328D、R328Q和D329N 5个突变体.通过对突变体的酶学特性及突变体转化蔗糖的产物组成分析,结果显示所构建突变体的Km值上升约2~5倍,比活力下降至野生型SI比活力的11.8%~25.3%.HPLC分析显示Arg325和Arg328分别突变为Asp,导致产物中异麦芽酮糖/海藻酮糖的比例从6.93分别降至0.96和2.92,并伴随一个未知寡糖出现.Arg328突变为Ala和Gln同样导致反应产物中海藻酮糖比例上升,异麦芽酮糖比例下降.但是突变体D329N反应产物比例没有变化.以上结果表明325RLDRD329基序对大黄欧文氏菌蔗糖异构酶的酶活具有重要作用,并对酶的产物特异性产生影响.本研究结果将为该酶的作用机理研究奠定基础.     

铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与原核表达

应用同源序列克隆法克隆了铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因cDNA全长,并进行了原核表达分析,为进一步研究该基因的时空表达、功能分析及多糖合成机理提供理论依据。结果表明:(1)铁皮石斛SPS基因cDNA全长3 502bp,编码区3 186bp,GenBank登录号JF423929。该基因编码1 061个氨基酸,与文心兰的SPS基因氨基酸序列的一致性最高为93%,与其他科植物SPS基因的氨基酸序列的一致性均高于60%。(2)原核诱导表达结果显示,SPS基因在大肠杆菌中的重组蛋白分子质量约为118.7kD,其表达与序列分析推测的结论一致。(3)生物信息学分析表明,铁皮石斛SPS基因的二级结构包括了螺旋、β-折叠和无规则卷曲,是非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,有2个功能结构域,分别是蔗糖合成功能域及糖基转移功能域。     

枸杞蔗糖磷酸合成酶基因的克隆及组织表达分析

利用RT-PCR及RACE技术,从药用植物枸杞中克隆了1个编码蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因的全长cDNA,命名为LbSPS(GenBank登录号KC834608)。序列分析表明:LbSPS基因长3 677bp,开放阅读框为3 165bp,编码1 033个氨基酸,分子量为118.457 5kD,理论等电点6.05。系统进化分析显示,LbSPS编码的氨基酸序列与甜瓜、马铃薯、番茄等蔗糖磷酸合成酶基因编码氨基酸序列一致性为66%~98%。qRT-PCR分析显示,LbSPS基因在枸杞花中表达量最高,叶中表达水平较低。该研究为进一步了解LbSPS在枸杞生长发育、逆境胁迫等过程中的生物学功能奠定了基础。     

文章中文摘要

蔗糖转化酶介导的糖输入、代谢和信号：在发育、产量潜力和对干旱和高温的响应中的作用（综述）,植物中莽草酸与芳香族氨基酸合成途径的新见解（综述）,支撑植物碳氮相互作用调控的代谢与信号（综述）