家山黧豆及其毒素ODAP的研究

家山黧豆作为人类的食物及动物的饲料,最早可追溯到新石器时代。长期以来,因其营养丰富,具有耐旱、耐寒等优良生产性状,广受世界各地的青睐。特别是在大旱年份,在其它粮食作物绝收的情况下,仍有较好的收成,因此,被视为干旱及半干旱地区首选的优良作物。但由于其含有毒素β-ODAP,使山黧豆的种植受到限制。近年来,由于人类对肉质品的量与质的多元化的需求,家山黧豆这一潜在的、丰产的、高营养的豆科作物,已引起各国学者的广泛关注。从家山黧豆在植物学、遗传学、分子生物学、生态学、营养学、山黧豆中毒、毒理学、毒素ODAP、ODAP的分析方法、ODAP的生物合成途径、养殖业等几个方面的研究进展作了简要综述。     

山黧豆毒素ODAP的生物合成及与抗逆性关系研究进展

有关山黧豆毒素ODAP的生物合成途径的前体物和合成程序已经证实,但其关键合成酶尚未分离与鉴定,因而无法克隆相应基因和利用反义RNA技术以控制其生物合成。研究表明,利用相应的抑制剂控制ODAP生物合成前体物可降低ODAP的积累量。山黧豆中ODAP含量与其抗逆性之间密切相关,这与其能有效地清除山黧豆中·OH自由基有关,外源ODAP处理获同样效果。此外,因ODAP既是含氮化合物,又是游离氨基酸,极易溶于水,可在逆境胁迫下与脯氨酸和多胺一样大量而迅速地积累,推测它也可能作为细胞渗透调节物质和防脱水剂,并在氮代谢和能量代谢方面起重要作用。对今后该领域的重点研究方向也进行了探讨。     

山黧豆神经性中毒机理的研究进展

山黧豆(Lathyrus sativas L.)是优良的旱地作物种质资源,但长期过量食用会导致人畜神经性山黧豆中毒(neurolathyrism)。山黧豆中毒是一种发生在人类和动物中的神经退行性疾病,在发展中国家(如印度、孟加拉国、巴基斯坦、尼泊尔、埃塞俄比亚和我国西北等地区)时有发生,但其细胞及分子机理尚不明确。研究山黧豆中毒的致病机理对防止山黧豆中毒和中毒后的有效治疗具有重要意义。已有的研究表明,β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid,β-ODAP)为主要致病毒素,其可通过干扰谷氨酸的正常功能、破坏神经细胞内钙稳态、加剧氧化胁迫并破坏线粒体的功能等来诱发神经细胞损伤或死亡,阻断交感神经对肌肉的控制,最终导致人下肢或动物后肢肌肉萎缩和不可逆瘫痪。文章综述了近年来神经性山黧豆中毒的机制研究,对今后的研究提供参考和借鉴。     

山黧豆LsSULTR基因的克隆与表达分析

为研究山黧豆(Lathyrus sativus)硫酸盐转运蛋白(sulfate transporter,SULTR)与内源活性物质β N 草酰 L α,β 二氨基丙酸(β N oxalyl L α,β diaminopropionic acid,β ODAP)含量之间的关系,该研究采用序列比对的方法,从山黧豆转录组数据(SRP145030)中查找SULTR基因序列,并进行生物信息学分析;采用PCR方法克隆基因全长序列并进行组织特异性表达分析,以筛选与β ODAP含量相关的SULTR基因。结果表明：(1)经序列比对共查找到13条SULTR基因序列,其编码蛋白分别隶属于SULTR Ⅰ-Ⅳ。其中LsSULTR3;3和LsSULTR3;5具有SULTR蛋白家族保守的STAS结构域 (PF01740) 和Sulfate_transp结构域(PF00916),且二者活性受到转录因子MYB和激素响应等多个顺式作用元件的共同调节,并受蛋白水平互作及磷酸化等翻译后修饰调控。(2)成功获得LsSULTR3;3和LsSULTR3;5基因全长cDNA分别为1 962 bp和1 923 bp,分别编码653和640个氨基酸。(3)半定量RT PCR分析显示,LsSULTR3;3在山黧豆主根、成熟叶、茎、花、盛荚初期(S2)种子和鼓粒满期(S6)种子中表达,并在茎中的表达量较高;LsSULTR3;5在山黧豆主根、侧根、花、S2时期种子中均有表达,且花中的表达量最为显著。该研究结果为进一步研究山黧豆中硫酸盐的吸收、转运及同化、β ODAP的生物合成途径等奠定了基础。     

山黧豆属作物在土耳其的栽培与利用状况北大核心CSCD

众所周知,山黧豆起源于巴尔干半岛并传播到世界各地。在土耳其,山黧豆属作物有73个分类群(约1/3为地方特有种),在全国各地均有分布种植,但主要集中在黑海中部、东南部和安纳托利亚东部地区。该文介绍了山黧豆属作物在土耳其全国的分布和在局部地区的食用、观赏等资源利用和保存情况。通常,不同国家人民会因为文化差异形成不同的饮食习惯,但山黧豆大多被用于制作汤、面包或其他咸点。山黧豆的栽培技术则因地制宜,土耳其在边缘土地上进行旱作种植,中国和印度部分地区多采用轮作种植方法等。作为一种极“小众”的作物,山黧豆研究工作的从业人员极少,而且缺乏大型联合研究项目。因此,需要联合化学、表型和分子分析等方法,以保护世界各地包括土耳其在内的地方种质资源,尤其是培育适合土耳其、中国等世界各国的食饲兼用型低β-ODAP品种。总之,选育低β-ODAP或不含β-ODAP的山黧豆品种将有助于丰富人类在食用、饲用和观赏等方面的物种资源利用。     

山黧豆及其神经毒素(ODAP)的研究进展

山黧豆具有耐寒、耐旱等优良生产性状，且营养丰富，在恶劣的天气条件下仍能维持较高的产量，因此它是半干旱地区的潜在粮食作物。但长期食用山黧豆会引起中毒，这是由于山黧豆中含有的神经毒素（ＯＤＡＰ）所致，因此筛选无毒品系具有重要意义。本文对山黧豆神经毒素（ＯＤＡＰ）的生物合成毒素异构化等方面作简要综述。     

6个山黧豆品种的β-ODAP含量与蛋白酶抑制剂活性及其关系分析北大核心CSCD

山黧豆(Lathyrus spp.)种质资源评价与筛选长期聚焦于获得低β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionicacid,β-ODAP)含量或低蛋白酶抑制剂活性的品种。为了研究β-ODAP含量与蛋白酶抑制剂活性之间的潜在关系,该研究利用SDS-PAGE、酶活检测和相关性分析等方法对家山黧豆(L.sativus)、扁荚山黧豆(L.cicera)等6个山黧豆品种的蛋白酶抑制剂活性、β-ODAP含量及二者之间的关系进行了分析。结果表明:(1)不同山黧豆品种的醇溶蛋白和可溶蛋白电泳图谱呈现出显著的差异。(2)不同山黧豆种子的胰蛋白酶抑制剂活性介于100~190 TIU之间,胰凝乳蛋白酶抑制剂活性介于5~9 CIU之间。(3)β-ODAP含量与丝氨酸乙酰基转移酶活性的皮尔逊相关系数可达0.76,呈显著正相关关系。(4)山黧豆转录组数据(SRP145030)中的β-ODAP生物合成关键基因与Bowman-Birk蛋白酶抑制剂(Bowman-Birk inhibitor, BBi)基因表达水平呈显著负相关关系。该研究结果为进一步探讨分析山黧豆β-ODAP和BBi生物合成的调控与平衡,改善山黧豆的含硫氨基酸水平等奠定了基础。     

山黧豆毒素β-ODAP的生态学功能及应用

山黧豆是一种具有广谱抗逆性且营养丰富的豆科作物,但其含有β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙氨酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid, β-ODAP)神经毒素,人畜长期大量食用会导致神经性中毒,因此限制了山黧豆种质资源的利用.本文综述了干旱胁迫下山黧豆毒素β-ODAP对植株渗透调节和生长调节的影响,以及β-ODAP的分析方法、毒理机理和实用价值方面的研究进展,并对低毒和无毒品种选育策略进行了总结.干旱胁迫下,山黧豆合成大量毒素β-ODAP,其含量随胁迫程度增强而逐渐升高.β-ODAP可为植株生长和种子发育提供氮源,并积极参与清除活性氧过程,作为小分子可溶性氨基酸参与渗透调节,作为锌离子转运体参与根瘤发育.而含硫氨基酸(甲硫氨酸和半胱氨酸)含量升高可使山黧豆毒性显著降低.近年来,在山黧豆种质资源收集、杂交育种,以及通过组织培养和基因操作等技术进行低毒或无毒山黧豆品种选育方面做了大量工作.β-ODAP可通过破坏细胞内Ca²⁺稳态和作为谷氨酸类似物引发兴奋性中毒,但在止血和抗肿瘤等方面有重要的药用价值.     

水分胁迫下山黧豆多胺代谢与 β-N-草酰-L-α ,β-二氨基丙酸积累相关性的研究

为了研究水分胁迫下山黧豆 (LathyrussativusL .)叶片中多胺代谢与 β_N_草酰_L_α,β_二氨基丙酸 (ODAP)积累的相关关系 ,利用聚乙二醇 (PEG)对山黧豆幼苗进行水分胁迫处理 ,同时加入腐胺 (Put) ,α_二氟甲基精氨酸(DFMA)和Put DFMA。实验结果表明 ,随PEG处理时间的延长 ,山黧豆幼苗叶片中Put、亚精胺 (Spd)和精胺 (Spm)含量逐渐增加 ,特别是Spm含量增加显著 ,同时ODAP逐渐积累 ;在PEG处理的同时 ,加入Put使得Put、Spd含量显著增加 ,但对Spm影响不大 ,同样对ODAP含量影响也较小 ;加入DFMA可显著抑制Put、Spd、Spm的积累 ,同时也抑制了ODAP的积累 ;加入Put DFMA ,Put可以部分地减缓DFMA对两种内源多胺 (Put和Spd)合成的抑制作用 ,但对Spm所受DFMA的抑制作用影响不大 ,这时ODAP的积累也受到抑制。由此可见 ,水分胁迫对山黧豆幼苗叶片中多胺特别是Spm含量的增加与ODAP的积累密切相关。     

渗透胁迫对山黧豆幼苗H_2O_2及毒素积累的影响

用PEG经根部处理 15d龄的山黧豆幼苗 ,取幼苗叶片为实验材料 ,测定过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD)活性、过氧化氢 (H2 O2 )和毒素 ( β N oxalyl α ,β diaminopropionicacid ,ODAP)的含量。结果表明 ,随着PEG处理时间的延长 ,POD和CAT活性降低 ,而H2 O2 和ODAP含量显著升高 ;在PEG处理液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠 (diethyldithiocarbamate ,DDC)和氨基三唑 (aminotriazole ,AT)后分别抑制和促进H2 O2 的产生 ,DDC可降低叶片中ODAP的含量 ,AT则使ODAP积累。由此我们推测 ,水分胁迫条件下活性氧代谢与ODAP的积累有关