植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物的生长、发育过程中起着重要的作用。植物中的萜类化合物有两条合成途径:甲羟戊酸途径和5-磷酸脱氧木酮糖/2C-甲基4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径。这两条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶,其中关键酶的作用决定了下游萜类化合物的产量。植物类萜生物合成途径的调控以及该途径中关键酶的研究已成为目前国内外生物学领域的一大热点。综述了植物类萜生物合成途径和参与该途径的关键酶及其基因工程的研究进展,并展望了其应用前景。     

4-香豆酰-CoA连接酶 (4CL) 和聚酮合酶 (PKS1) 的融合蛋白在莱茵衣藻中表达促进树莓酮积累

树莓酮具有重要的医药价值,如抗流感、预防糖尿病等。为了在莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii中获得树莓酮,本研究将树莓酮合成的最后两个步骤中的酶,即4-香豆酰-CoA连接酶 (4-coumaryl-CoA ligase,4CL) 和聚酮合酶 (Polyketide synthase,PKS1) 通过甘氨酸-丝氨酸-甘氨酸 (Gly-Ser-Gly,GSG) 三肽接头融合在一起,构建莱茵衣藻表达载体pChla-4CL-PKS1。通过电转化的方法将由PSAD启动子驱动的融合基因4CL-PKS1插入野生型莱茵衣藻 (CC125) 和细胞壁缺失型莱茵衣藻 (CC425) 中。结果在表达4CL-PKS1融合蛋白的野生型莱茵衣藻和细胞壁缺失型莱茵衣藻中,树莓酮含量分别为6.7 μg/g (鲜重) 和5.9 μg/g (鲜重),高于天然植物中树莓酮的含量（2–4 μg/g）。     

白木香悬浮培养细胞中2-(2-苯乙基)色酮化合物的诱导形成

白木香是我国生产沉香的唯一植物资源,为研究其中次生代谢产物的生物合成,从国产沉香中分离并鉴定了4种已知的2-(2-苯乙基)色酮化合物,实验中以此作为标准品,以白木香根悬浮培养细胞为材料,黄绿墨耳真菌提取物为诱导子,首次在组织培养物中成功诱导了2-(2-苯乙基)色酮化合物的产生,为研究中药沉香活性成分2-(2-苯乙基)色酮化合物的生物合成建立了一个试验体系。     

高等植物叶绿素生物合成的研究进展

叶绿素是植物叶绿体内参与光合作用的重要色素,其功能是捕获光能并驱动电子转移到反应中心.整个叶绿素生物合成过程(L-谷氨酰-tRNA→叶绿素a→叶绿素b)需要15步反应,涉及15种酶,迄今在模式植物拟南芥中已分离到27个编码这些酶的基因,完成了以拟南芥为代表的被子植物叶绿素生物合成全部基因的克隆.本文主要对近年来国内外有关植物叶绿素的生物合成过程及相关酶基因的克隆、生物合成途径中2个关键步骤(σ-氨基酮戊酸(ALA)合成和Mg离子插入原卟啉Ⅸ的调节)、影响叶绿素生物合成的主要因素(光、温度、营养元素等),以及叶绿素生物合成相关酶的其他生物学功能等的研究进展进行综述.     

二氢黄酮醇 4 还原酶在花青素合成中的功能及调控研究进展

植物色素主要有花青素、类胡萝卜素和生物碱类色素三大类,其中花青素是决定大部分被子植物组织或器官颜色的重要色素。花青素通过类黄酮途径合成,该途径是生物学上研究较多且较为清楚的代谢途径之一。近年来的研究表明,在该途径中除了查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和黄烷酮-3-羟化酶(flavanone-3-hydrolase,F3H)起着关键作用外,二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)对花青素的合成也至关重要。DFR可催化3种二氢黄酮醇和2种黄烷酮生成5种不同的花青素前体,且DFR基因家族不同成员对各个底物的催化效率不同,因此它在一定程度上决定着植物中花青素的种类和含量,从而影响植物组织或器官的颜色。该文对近年来国内外有关DFR在花青素合成过程中的生物学功能与调控,包括DFR的特征、作用机制和系统进化以及环境、转录因子和一些结构基因与DFR的关系等方面的研究进展进行了综述,以期为DFR今后的研究和利用基因工程改变植物组织或器官的颜色提供理论依据。     

植物花青素合成途径中的调控基因研究进展

花青素广泛分布于高等植物中,是一种水溶性的植物色素,与农作物的多种品质性状密切相关。虽长期受到关注,但其生物合成途径则是近年来随着拟南芥等植物突变体研究的深入才取得突破的。对于花、果实和种子中的花青素研究始终是热点,近来国内外有很多关于花青素合成与基因调控发明研究的报道。随着研究的深入不仅可以为医疗保健等提供科学依据,而且有助于其在农业生产中应用。本文综述了植物花青素基因的研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径,生物合成途径中相关转录因子的调控,以及已经分离和克隆的调控基因在功能方面的研究进展。     

生长素合成途径的研究进展

生长素是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素, 参与植物生长发育的许多过程。植物和一些侵染植物的病原微生物都可以通过改变生长素的合成来调节植株的生长。吲哚-3-乙酸(IAA)是天然植物生长素的主要活性成分。近年来, 随着IAA生物合成过程中一些关键调控基因的克隆和功能分析, 人们对IAA的生物合成途径有了更加深入的认识。IAA的生物合成有依赖色氨酸和非依赖色氨酸两条途径。依据IAA合成的中间产物不同, 依赖色氨酸的生物合成过程通常又划分成4条支路: 吲哚乙醛肟途径、吲哚丙酮酸途径、色胺途径和吲哚乙酰胺途径。该文综述了近几年在IAA生物合成方面取得的新进展。     

花青素生物合成关键酶的研究进展

花青素是植物花呈现不同色彩的物质基础,其生物合成途径主要受到查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、类黄酮3'-羟化酶(F3'H)、类黄酮3’,5’-羟化酶(F3'5'H)、二羟基黄酮醇还原酶(DFR)、花色素苷合成酶(ANS)以及类黄酮3-O-糖基转移酶(UFGT)等关键酶的控制.主要介绍花青苷生物合成途径、关键酶晶体结构及利用基因工程改造花色的研究进展,讨论目前花色改造存在的问题,并对今后的研究前景进行展望.     

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。     

真菌聚酮化合物生物合成研究进展

具有广泛生物活性的真菌聚酮化合物因具有复杂的化学结构,其生物合成途径一般包含多样且新颖的酶催化反应。文中主要综述了2013-2016年来源于还原性聚酮合成酶(HR-PKSs)、非还原性聚酮合成酶(NR-PKSs)、聚酮-非核糖体多肽合成酶(PKS-NRPSs)和还原性-非还原性聚酮合成酶(HR-NR PKSs)杂合型等四大类型的真菌聚酮类化合物的生物合成研究进展。众多真菌聚酮类化合物生物机理的阐明,为未来新型真菌聚酮类天然产物生物合成基因簇的挖掘、新结构化合物的发现及其类似物的研究提供了方向和理论基础。     

泛酸的功能和生物合成

泛酸是辅酶A(CoA)和酰基载体蛋白(ACP)生物合成的重要前体物质,参与生物体内碳水化合物、脂肪酸、蛋白质和能量代谢.在人体中还参与类固醇,褪黑激素、抗体和亚铁血红素的合成.生物体内的泛酸合成是由酮泛解酸羟甲基转移酶(PanB),酮泛解酸还原酶(PanE),L-天冬氨酸-α-脱羧酶(PanD)和泛酸合成酶(PanC)四种酶协同催化下完成的.由于泛酸合成途径只存在于植物和低等生物中,选择该生物合成途径酶作为药物靶点将会有高度的选择性.本文综述了泛酸的功能和已经研究清楚大肠杆菌和分支结核杆菌中的泛酸生物合成途径所涉及的酶的结构和特性.     

反式-2-己烯醛在植物防御反应中的作用

反式-2-己烯醛是绿色植物释放的一种小分子挥发性物质,在调节植物生长发育和抵抗各种环境胁迫中发挥重要作用。已有研究表明,反式-2-己烯醛可抑制植物根系生长,具有较高的抑菌和抗虫活性,也可以作为植物间的“信使”来传递防御信号。该文系统综述了反式-2-己烯醛的生物合成、代谢途径及其在生物胁迫防御反应中的重要作用,提出了研究...     

甲醇对植物的作用及其生理机制

甲醇是植物生长发育和代谢过程中体内产生的最简单的一碳化合物之一,与植物的很多生理过程(如光合作用、C1-四氢叶酸和某些植物激素生物合成以及植物耐逆性等)密切相关。本文对近年来国内外有关植物中甲醇的产生与释放途径、体内代谢、外施甲醇对植物的效应及其生理机制等方面研究进行了综述,并提出存在的问题和今后研究方向。     

脂肪酸代谢途径影响聚酮化合物生物合成的机制及应用研究进展

聚酮化合物（PKs）作为一大类次级代谢产物，有着重要的生物活性和潜在的应用价值。链霉菌具有合成多种聚酮化合物的潜力，但野生型菌株合成聚酮化合物的产量难以满足工业化生产的需求。贮藏脂质的降解能为聚酮化合物生物合成提供大量的酰基CoA前体，因此，控制好脂肪酸与聚酮化合物生物合成通量，有利于促进目标聚酮化合物的合成。本文综述了强化脂肪酸β-氧化途径提高聚酮化合物产量的研究进展，为利用β-氧化途径促进聚酮化合物生物合成提供了新的研究策略。     

基于组学的丹参酮生物合成途径新基因CYP71D375克隆和功能研究

丹参酮能有效治疗心脑血管疾病,其生物合成途径解析是国内外研究热点,其中CYP450氧化酶超家族的关键修饰作用最受关注.基于药用模式植物丹参的基因组及转录组数据分析,本研究克隆到一个新的CYP450氧化酶编码基因,命名为SmCYP71D375,全长1515 bp,编码504个氨基酸,差异表达分析显示,该基因在丹参的根及根周皮部位显著高表达,与丹参酮合成和积累的部位一致,推测其催化丹参酮的生物合成.进一步构建RNAi转基因毛状根体系,通过化学检测及代谢组学分析发现抑制SmCYP71D375的基因表达导致羟基丹参新酮、丹参新酮、隐丹参酮、丹参酮ⅡA等含量显著降低,证实SmCYP71D375在丹参体内催化丹参酮的生物合成.本研究为解析丹参酮的生源途径提供新思路,对植物高氧化次生代谢产物合成途径研究具有重要示范意义.     

三烷基取代芳香聚酮gombapyrones生物合成基因簇的确认及其生物合成推导

【目的】本研究旨在确认链霉菌Streptomyces rubellomurinus ATCC 31215来源芳香聚酮化合物(gombapyrones, GOMs)的生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster, BGC),并对其生物合成途径进行推导。【方法】对链霉菌S. rubellomurinus ATCC 31215进行大规模发酵及提取分离,得到GOM-B和GOM-D;以三烷基取代芳香聚酮生物合成途径保守存在的P450单氧化酶的蛋白序列作为探针,在GOMs产生菌S. rubellomurinus基因组中进行BLAST搜索获得潜在的GOMs生物合成基因簇(gom BGC);通过对gom BGC中的聚酮合成酶(polyketide synthase, PKS)结构基因进行同框缺失突变,对突变株发酵产物进行高效液相色谱-质谱(highperformanceliquidchromatography-massspectrometry,HPLC-MS)分析以确认gomBGC与GOMs的产生相关;基于生物信息学分析,推导GOM-B的生物合成途径。【结果】从S. rubell...     

TMV介导的外源蛋白在植物中表达

烟草花叶病毒(Tobaccomosaicvirus,TMV)为Tobamovirus代表成员,以此病毒介导的外源蛋白在植物中表达,经过了十几年的研究和不断完善,已被证实为一种有效的表达外源蛋白的途径.这项技术已经在医用活性多肽以及疫苗的研制、功能基因的鉴定、植物体内生物合成途径的研究等方面发挥越来越重要的作用.重点阐述了TMV基因组RNA的结构和分子生物学特征,并着重对重组载体的构建及其利用加以了论述.     

桔梗悬浮细胞对莪二酮的生物转化研究

目的:利用植物悬浮细胞体系对莪二酮进行结构改造研究.方法:采用生物转化技术和天然药物化学手段,分离转化产物单体,并利用波谱学手段对转化产物进行结构鉴定,并利用MTT法对转化产物的抗肿瘤活性进行了评价.结果:分离并鉴定了5个转化产物,分别为1β,10α-环氧基莪二酮(2),3α-羟基-莪二酮(3),3β-羟基-莪二酮(4),1α,10β-环氧基-11-羟基莪二酮(5)和2β-羟基-莪二酮(6).结论:桔梗悬浮细胞对于莪二酮具有良好的转化能力,可以利用其作为植物反应器对莪二酮进行结构改造,以获得水溶性更好或活性更佳的衍生物.     

萘醌-氧吲哚生物碱coprisidins生物合成途径的研究（英文）

【目的】新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins(A和B)分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性。作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为Ⅱ型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知。【方法】本研究对coprisidins的产生菌Streptomycessp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径。【结果】Streptomyces sp. SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶(PKS)相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个Ⅱ型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KSβ(Cop B)的序列比对表明coprisidins的Ⅱ型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链。【结论】Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由Ⅱ型PKSs催化形成,我们推测丁酰Co A是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架。本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了Ⅱ型PKSs合成产物的结构多样性。     

植物甾醇微生物转化制备甾体药物中间体的研究进展*

微生物选择性降解植物甾醇侧链获取甾体药物合成的重要中间体雄甾-4-烯-3,17-二酮(4-AD)和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(ADD)对于我国制药行业具有重要意义。现存文献资料对该领域缺乏全面系统的分析总结,从甾醇侧链微生物转化的机理、途径及其收率的影响因素等几个方面综述了近几年的研究进展,并对此领域的发展趋势进行了展望。