葡萄酒中重要挥发性硫化物的代谢及基因调控

葡萄酒中的挥发性硫化物是由酿酒微生物在葡萄酒发酵过程中代谢所产生的,主要包括硫化氢、硫醇、硫醚、硫醇酯、含硫杂醇油及杂环化合物等,它们对葡萄酒的风味会产生重要影响。本综述介绍了葡萄酒中重要的挥发性硫化物的主要代谢途径及相关基因的调控机制,并提出酿酒微生物的相关研究是提高优良风味物质含量,同时抑制不良风味产生的有效途径。     

基元模式分析在生物网络和途径分析中的应用

基元模式分析是应用最广泛的代谢途径分析方法。基元模式分析的研究对象从代谢网络发展到信号传导网络;研究尺度从细胞到生物反应器,甚至生态系统;数学描述从稳态分解到动态解析;研究领域从微生物代谢到人类疾病。以下综述了基元模式分析的算法和软件开发现状,以及其在代谢途径与鲁棒性、代谢通量分解、稳态代谢通量分析、动态模型与生物过程模拟、网络结构与调控、菌株设计和信号传导网络等方面的应用。开发新的算法解决组合爆炸问题,探索基元模式与代谢调控的关系以及提高菌株设计算法效率是今后基元模式的重要发展方向。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

乙烯对植物次生代谢产物合成的双重调控效应

植物次生代谢产物是人类重要的药物及化工原料来源, 其产生与植物正常的生长发育及对环境的适应密切相关, 并受到多种因素的调控。乙烯作为一种植物内源激素, 广泛参与植物的生长、发育、抗逆和次生代谢产物合成等重要生理过程的调控。该文综述了乙烯的信号转导机制及其调控作用; 重点归纳了乙烯对植物次生代谢产物形成所表现出的双重调控效应, 即在一定浓度范围内, 乙烯对植物次生代谢产物的合成起促进作用, 低于或超过该浓度范围则起抑制作用; 并对今后该领域的研究方向进行了展望。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

低温诱导大百合鳞茎休眠解除与酚类代谢关系

大百合(Cardiocrinum giganteum)为多年生球根药食同源植物,其鳞茎具有典型的生理休眠特性,而低温是百合鳞茎解除休眠的重要环境因子。为揭示大百合鳞茎休眠解除的分子机制,该研究对4℃低温处理0、30和60d的鳞茎分别进行代谢组和转录组分析。结果表明,鳞茎休眠的解除与酚类物质的代谢相关,酚类物质的降解有利于解除休眠,其中苯丙氨酸解氨酶基因(PALs)在此过程中可能起主要作用。同时,bHLH、bZIP、MYB和MADS等转录因子家族成员均与酚类代谢物显著相关,且参与解除休眠。共表达分析证实PAL、CAD和POD是酚类代谢重要的调控基因,MYB4、MYB114和ICE1参与了酚类代谢调控网络,其中ICE1可能是连接温度信号和酚类代谢的关键因素。这些转录因子与酚类物质的共同作用可能对鳞茎打破休眠具有重要作用。     

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。     

果实中糖的运输、代谢与积累及其调控

叶片光合产物向果实运输的主要形态是蔗糖,但在木本蔷薇科果树中,光合产物的主要运输形态为山梨醇.糖从质外体空间跨膜运入共质体的过程由糖运输蛋白介导,而糖运输蛋白的基因表达伴随着果实糖的积累而增强.蔗糖代谢酶参与了细胞内外4个与糖运输有关的无效循环.己糖代谢抑制是果实糖快速积累的前提.在木本蔷薇科果实中,蔗糖代谢酶活力仍非常活跃,表明蔗糖可能与山梨醇在果实生长发育中都起重要的作用.糖作为信号分子,调节了承担糖运输与代谢的基因的表达.自然环境因子和栽培措施能有效调控糖运输、代谢与积累.反义抑制Ivr基因表达能提高番茄果实含糖量的实验结果表明遗传工程调控糖积累的潜力.阐明糖信号与其它信号互作对糖运输与代谢的调控机制是今后研究的重点.     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

群感效应与链霉菌次生代谢调控

群感效应是细菌协调群体行为的一种外界信号传递机制,在细菌中普遍存在,参与细胞的多种生理过程。链霉菌中也存在群感效应,在抗生素等次生代谢产物的生物合成中起重要的调控作用;从自诱导信号分子的结构到信号传递机制都存在一定多样性,其中以A-因子为代表的γ-丁酸内酯类信号分子的作用机制研究最为深入。近几年在链霉菌中发现的PI-因子、M-因子以及一些特定的代谢产物则代表几类结构较新颖的信号分子,通过群感效应机制调控次生代谢过程;链霉菌中还发现胆固醇氧化酶、甘油等分子具有信号分子特征,不排除是通过群感效应来参与抗生素生物合成调控。本文主要就参与链霉菌次生代谢调控的几类群感效应系统的研究状况进行综述,重点阐述各类群感信号分子的结构和信号传递机制的不同,并对链霉菌群感效应的研究趋势以及在抗生素高产菌遗传育种中的应用前景进行了展望。     

长链非编码RNA调控脂肪发育与代谢研究进展

长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)是一种广泛存在于动植物中、长度大于200个核苷酸且不能编码蛋白的RNA。近年来,随着高通量基因组测序技术的不断发展,研究者们对lncRNA的关注度越来越高,通过对lncRNA的深入研究,证实其在细胞分化、表观遗传、细胞周期调控等众多生命活动中发挥重要作用,并且很多疾病的发生、发展过程都与之相关。借助于高通量测序或芯片技术,已经证实许多lncRNA与脂肪组织的生成、发育和代谢调控有关,在脂肪发育的过程中起着重要的作用。通过对脂肪发育相关lncRNA的研究可以更好地了解脂肪的发育、代谢过程,同时为代谢疾病的临床治疗提供新的方法。基于此,对lncRNA作用模式、调控脂肪发育以及其对肥胖相关代谢疾病的影响等研究展开综述,以期为脂肪发育与代谢研究提供理论指导。     

Carotenoid metabolism: biosynthesis, regulation, and beyond

Carotenoids are Indispensable to plants and play a critical role in human nutrition and health. Significant progress has been made in our understanding of carotenoid metabolism in plants. The biosynthetic pathway has been extensively studied.Nearly all the genes encoding the biosynthetic enzymes have been isolated and characterized from various organisms. In recent years, there is an increasing body of work on the signaling pathways and plastid development, which might provide global control of carotenoid biosynthesis and accumulation. Herein, we will highlight recent progress on the biosynthesis,regulation, and metabolic engineering of carotenoids in plants, as well as the future research towards elucidating the regulatory mechanisms and metabolic network that control carotenoid metabolism.     

酿酒酵母高级醇代谢研究进展

高级醇是酿酒酵母在饮料酒酿造过程中产生的主要代谢副产物之一.饮料酒中高级醇含量过高,易导致饮用后产生头痛、口渴等症状,是醉酒较慢、醉酒后较难醒酒的主要原因.文中系统综述了饮料酒中主要高级醇的风味特征、代谢途径及诱变育种技术在酿酒酵母高级醇代谢调控中的应用,特别阐述了代谢工程技术在氨基转移酶编码基因、α-酮酸代谢基因、乙...     

Engineering the plant cell factory for secondary metabolite production

Plant secondary metabolism is very important for traits such as flower color, flavor of food, and resistance against pests and diseases. Moreover, it is the source of many fine chemicals such as drugs, dyes, flavors, and fragrances. It is thus of interest to be able to engineer the secondary metabolite production of the plant cell factory, e.g. to produce more of a fine chemical, to produce less of a toxic compound, or even to make new compounds, Engineering of plant secondary metabolism is feasible nowadays, but it requires knowledge of the biosynthetic pathways involved. To increase secondary metabolite production different strategies can be followed, such as overcoming rate limiting steps, reducing flux through competitive pathways, reducing catabolism and overexpression of regulatory genes. For this purpose genes of plant origin can be overexpressed, but also microbial genes have been used successfully. Overexpression of plant genes in microorganisms is another approach, which might be of interest for bioconversion of readily available precursors into valuable fine chemicals. Several examples will be given to illustrate these various approaches. The constraints of metabolic engineering of the plant cell factory will also be discussed. Our limited knowledge of secondary metabolite pathways and the genes involved is one of the main bottlenecks. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.