小麦种子贮藏蛋白的遗传学研究进展

AdvanceofGencticStudiesonSeedStoragcProteininWheatWangGang;JiJing;HuHan(InstituteofGenetics,AcadcmiaSinica,Beijing100101)小麦是世界上最重要的粮食作物之一．对其品质的研究具有十分重要的意义．多年来,人们一直在寻求改良小麦品质的途径,以满足不同食品加工对小麦各种品质的需求．但只是近10年里,对决定小麦品质位点的遗传及生物化学的研究才取得了突破性的进展（主要集中于英国、美国及澳大利亚）．本文将着重介绍目前国际上对小麦种子贮藏蛋白的遗传学及生物化学研究现状,至于如何将这些研究成果结合到育种工作…     

重要谷类种子贮藏蛋白的特性及改良研究

在成熟谷类种子中,总蛋白约为种子干重的7％～16％,其中大部分为贮藏蛋白。这些贮藏蛋白对于人类和牲畜所需要的营养质量以及在食品加工中都有重要的影响。本文对一些重要谷类种子贮藏蛋白的组成特性以及利用基因工程技术提高谷类种子蛋白质含量和质量进行了全面综述。此外,还简要介绍了在利用基因工程改良谷物种子品质中可能产生的食品安全性问题、如何增加外源基因的表达量和全面提高谷类种子蛋白质含量以及解决的办法。     

小麦等谷类植物种子贮藏蛋白基因的表达与调控

高等植物在成熟期的主要生理过程是将蛋白质、淀粉和脂肪等贮藏在种子中。贮藏在种子中的蛋白质称为种子贮藏蛋白。小麦、水稻、玉米等粮食作物是人类和家畜摄取蛋白质的重要来源。研究贮藏蛋白基因在种子发育过程中的表达机制,是进一步应用生物技术改良作物的基础工作。1谷物     

种子特异性启动子研究进展

植物的种子,尤其是油料和谷类作物的种子与人类的生产生活关系非常密切,因此,也成为植物基因工程中进行改良的重要目标材料。转化的外源基因在植物受体组织中能否正确、高效并按照人们的意愿特异地表达是人们非常关注的问题。启动子驱使外源基因在受体植株中启动转录是外源基因能够表达的必要条件。目前人们所广泛研究的种子特异性启动子基本上属于II类启动子,它可以驱使外源基因在植物的种子中特异表达,按照人们的意愿改进植物代谢途径,提高种子中营养物质含量等。种子特异性启动子的结构符合II类启动子的特点,具有基本启动子、起始子和上游元件。它区别于其它类型启动子的一个 显著特点是上游存在一些特异的调控元件与调控种子特异性基因的特异表达有关。本文综述了高等植物种子特异性启动子的结构及其在植物基因工程中的最新研究进展。对这类启动子的结构和功能元件的了解,有助于人们更加深入地理解高等植物基因表达调控机制,提高人们对植物种子发育过程及有机物在种子中积累机制的认识,而且可以为植物基因工程中生物反应器的研究提供有应用价值的启动子元件。     

种子特异性启动子研究进展

植物的种子,尤其是油料和谷类作物的种子与人类的生产生活关系非常密切,因此,也成为植物基因工程中进行改良的重要目标材料。转化的外源基因在植物受体组织中能否正确、高效并按照人们的意愿特异地表达是人们非常关注的问题。启动子驱使外源基因在受体植株中启动转录是外源基因能够表达的必要条件。目前人们所广泛研究的种子特异性启动子基本上属于Ⅱ类启动子,它可以驱使外源基因在植物的种子中特异表达,按照人们的意愿改进植物代谢途径,提高种子中营养物质含量等。种子特异性启动子的结构符合Ⅱ类启动子的特点,具有基本启动子、起始子和上游元件。它区别于其它类型启动子的一个显著特点是上游存在一些特异的调控元件与调控种子特异性基因的特异表达有关。本文综述了高等植物种子特异性启动子的结构及其在植物基因工程中的最新研究进展。对这类启动子的结构和功能元件的了解,有助于人们更加深入地理解高等植物基因表达调控机制,提高人们对植物种子发育过程及有机物在种子中积累机制的认识,而且可以为植物基因工程中生物反应器的研究提供有应用价值的启动子元件。     

植物种子油合成的调控与遗传修饰

植物种子油含有多种脂肪酸,是一种重要的种子贮藏化舍物。种子油既是人类的食品,又是重要的工业原料。代谢物组学的发展加深了对种子油生物合成途径的全景式认识,应用基因工程改良种子油品质和价值的研究已取得长足的进展。本文分析了种子油及脂肪酸合成调控机制的复杂性,论述了转基因提高种子油及高营养品质脂肪酸含量和培育能大量合成积累工业用脂肪酸的油料作物的技术策略、存在问题和发展前景。     

种子脱水耐性与LEA蛋白

就正常性种子的发育产物ＬＥＡ蛋白的产生,ＬＥＡ蛋白的共同特征、可能作用,ＡＢＡ对ＬＥＡ蛋白基因表达的调节以及正常性种子和顽拗性种子的脱水耐性与类脱水素蛋白之间的关系等问题的研究现状进行了综述。     

豌豆花DNA导入小麦后种子蛋白质组分变化的研究

豌豆花ＤＮＡ直接导入小麦体可诱导小麦种子蛋白质组分发生明显的变化,小麦种子蛋白质和总氨基酸含量都比对照增高２０％。这些变异性状能稳定遗传给后代。因此直接导入豌豆花ＤＮＡ技术可以为小麦品质改良和分子育种研究提供一条新途径。     

高含硫蛋白基因及其在植物品质改良中的应用

目前对植物高含硫蛋白基因的初步认识和它们在植物生长发育过程中所起的作用,以及在植物品质改良中的应用。     

水稻种子发育期间特异锌指蛋白基因的筛选与分析

.锌指蛋白基因是植物基因组中最大最复杂的基因家族之一.大部分的锌指模体存在于转录因子中,它们在转录水平上参与植物生长发育及植物对生物和非生物胁迫的反应.为了解锌指蛋白基因在水稻种子发育中的作用,本研究通过多种数据库搜索获得了878个水稻锌指蛋白基因.从中选取311个利用RT-PCR技术分析它们在水稻成熟期根、茎、叶、花及不同发育阶段种子中的表达特征.结果发现,共有196个基因能在至少1个水稻器官中表达,其中10个为种子特异性表达基因.进一步分析发现,10个特异表达基因在水稻种子不同发育阶段中的表达具有种子阶段表达特异性.同时分析它们的基因及蛋白结构特点,结果显示它们的结构较简单,其中3个蛋白含有线粒体靶肽,5个蛋白含有CCCH锌指结构域.另外,分析种子特异性表达基因上游调控区的顺式作用元件,结果表明它们都含有TATA-box、CAAT-box和种子特异调控元件,除此之外还发现了光、激素和胁迫反应相关调控元件.这些结果为进一步研究它们在种子发育过程中的生物学功能提供了有用的线索.     

种子耐税水性的研究（综述）

种子耐脱水性是近年植物生理学中的一个研究热点。本文综述种子发育、热稳蛋白、糖的积累以及抗氧化系统等与耐脱水性的关系。同时针对顽拗性种子具有明显的对脱水的敏感性,介绍了提高种了耐脱水性的可能途径。     

LEA蛋白及其在植物抗逆改良中的应用

干旱、盐碱、高温和寒冷等逆境制约着植物的生长发育。植物中含有一组亲水性极强的蛋白,称为胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant,LEA蛋白),在自然条件下这种蛋白质一般在种子发育晚期积累,其对多种非生物胁迫具有很强的抵抗能力,并能响应干旱、寒冷、高盐和ABA等信号。LEA蛋白通过保持细胞渗透压、保护细胞膜结构、作为分子伴侣保护其他蛋白等方式维持植物正常的代谢反应。就LEA蛋白的分类、结构、抗逆机制以及在植物抗逆改良中的应用进行了简要综述。     

种子发育相关基因的研究进展

种子发育是被子植物繁殖的中心环节,涉及众多基因及其互作。新近的研究集中在雌雄基因组的差异表达、后生过程的控制机理和发育调控网络等方面。对胚和胚乳发育相关基因的研究,可使人们在分子水平上解析种子发育和无融合生殖的分子机制,更有效地开展植物种子产量和品质改良的基因工程。     

植物种子贮藏蛋白质及其细胞内转运与加工

高等植物种子成熟过程中贮存大量的贮藏蛋白质作为种子发芽和初期生长的重要营养来源。根据溶解性不同, 种子贮藏蛋白质可分为白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4类。在种子胚发育过程中, 醇溶蛋白在粗面内质网合成后形成蛋白质聚集体, 直接出芽形成蛋白体并贮存其中。白蛋白、球蛋白和谷蛋白在粗面内质网以分子量较大的前体形式合成后, 根据各自的分选信号进入特定的运输囊泡, 经由受体依赖型运输/聚集体形式运输转运至蛋白质贮藏型液泡中, 然后经过液泡加工酶等的剪切转换为成熟型贮藏蛋白质并贮存其中。蛋白质的合成、分选、转运和加工等过程影响种子蛋白质的品质及含量。该文对种子贮藏蛋白质的分类和运输、加工以及这些过程对种子蛋白质品质和含量的影响进行了概述。     

食用植物油脂的代谢工程

植物种子油可提供人类营养所需的多种脂肪酸,也是工业用油的原料之一。文章结合我们对植物种子发育、脂肪酸生物合成途径和大豆油脂遗传改良的研究,重点论述参与脂肪酸合成及其调控的一些关键酶的基因、代谢工程改良植物油脂营养价值的技术策略及其研究进展,分析目前应用油料作物种子作为“生物反应器”规模化生产有重要营养价值和特殊用途的脂肪酸的问题及技术“瓶颈”,讨论未来植物脂肪酸代谢工程主攻方向以及在培育可再生资源和推动人类社会及经济可持续发展中的应用前景。     

种子发育相关基因的研究进展

种子发育是被子植物繁殖的中心环节,涉及众多基因及其互作.新近的研究集中在雌雄基因组的差异表达、后生过程的控制机理和发育调控网络等方面.对胚和胚乳发育相关基因的研究,可使人们在分子水平上解析种子发育和无融合生殖的分子机制,更有效地开展植物种子产量和品质改良的基因工程.     

转基因改良植物的营养价值

植物是人类所需大部分营养物质的主要来源,植物产品的营养品质直接影响着人类的健康。分子克隆和遗传转化技术的发展为改良植物的营养价值开辟了新途径。植物营养价值的转基因改良已在改进作物蛋白质含量及品质、淀粉和油脂成分及品质,提高抗氧化物水平（如类胡萝卜素、类黄酮等）,培育具有医疗效应的营养品质等方面取得了可喜的进展。迄今,已获得许多营养品质改良的转基因作物品系。这些转基因作物经过一系列的安全性及对人类营养有效性的验证后, 可直接食用,或应用于开发具有特殊营养品质和保健作用的“功能食品”。我们实验室开展了大豆油脂改良研究,构建了能特异抑制大豆FAD2-1基因表达的锌指转录因子,获得了油酸含量显著提高的转基因材料。初步结果表明锌指转录因子的分子设计是改良植物油脂代谢的一条可行途径,亦可用于调控植物其它内源靶基因的表达。     

茶树种子脱水过程差异基因的研究

利用cDNA-AFLP方法在转录水平上对茶树无性系龙井43种子脱水前后基因表达的变化进行分析,探讨脱水差异和生物学中的衰老与死亡的联系,并为茶树等顽拗型种子植物的种质资源保存提供理论依据.结果显示:64对引物组合产生87条差异条带.对其中的6条克隆测序,发现4条与已知功能基因相关,包括植物衰老蛋白、PPR、硫氧还蛋白,翻译控制肿瘤蛋白,其中硫氧还蛋白在茶树种子中首次被发现.     

植物营养贮存蛋白及其生物学功能研究进展

植物营养贮存蛋白（vegetative storage proteins）是广泛存在于植物营养组织且含量丰富的蛋白,最初是作为植物氮源的临时贮存形式而被人们认识。然而,不同植物中的营养贮存蛋白的生化来源和生物学特性并不相同,并且除了营养贮存功能外,更重要的是这类蛋白在植物防御中也承担着多种多样的重要角色,或具有抗虫活性,或能够抑制病原细菌和病原真菌的生长,或参与植物防御过程中的信号转导等。对植物营养贮存蛋白在植物防御中作用机制的深入研究将使这类蛋白在新型生物农药的开发和植物抗病基因工程中具有广阔的应用前景。     

植物营养贮存蛋白及其生物学功能研究进展

植物营养贮存蛋白(vegetative storage proteins )是广泛存在于植物营养组织且含量丰富的蛋白, 最初是作为植物氮源的临时贮存形式而被人们认识。然而, 不同植物中的营养贮存蛋白的生化来源和生物学特性并不相同, 并且除了营养贮存功能外, 更重要的是这类蛋白在植物防御中也承担着多种多样的重要角色, 或具有抗虫活性, 或能够抑制病原细菌和病原真菌的生长, 或参与植物防御过程中的信号转导等。对植物营养贮存蛋白在植物防御中作用机制的深入研究将使这类蛋白在新型生物农药的开发和植物抗病基因工程中具有广阔的应用前景。