丝状真菌次级代谢产物生物合成的表观遗传调控

丝状真菌产生的次级代谢产物是新药的重要来源之一,其生物合成过程受到众多因素的调控。最近的研究表明,表观遗传对多种丝状真菌次级代谢产物的生物合成具有调控作用。DNA和组蛋白的甲基化与乙酰化修饰是目前所知的丝状真菌主要的表观遗传调控形式。通过过表达或缺失相关表观修饰基因和利用小分子表观遗传试剂改变丝状真菌染色体的修饰形式,不仅可以提高多种已知次级代谢产物产量,而且可以通过激活沉默的生物合成基因簇诱导丝状真菌产生新的未知代谢产物。丝状真菌表观遗传学正逐渐成为真菌菌株改良的新策略以及挖掘真菌次级代谢产物合成潜力的强有力手段。     

植物花青素生物合成与调控的研究进展

花青素是一种广泛存在于植物中的水溶性色素,在植物抗逆和预防人类慢性疾病中起着重要作用。花青素生物合成过程在模式植物中的研究较为清晰,其过程主要受多种结构基因编码的酶类及转录调控因子(MYB、bHLH和WD40蛋白)控制。此外,LBD基因家族中的LBD37、LBD38和LBD39基因对花青素的生物合成起负调控作用,microRNA和环境因子对花青素的生物合成过程也起到了调控作用。同时,茉莉酸、赤霉素和脱落酸等植物激素也参与了花青素的生物合成调控过程。近年来,随着人们对植物花青素研究不断深入,越来越多的研究结果揭示花青素合成途径的分子调控机制在不同种植物中存在很大的差异性和复杂性。该文对植物花青素的合成途径、相关酶和各种调控因子进行了综述,并概述了植物花青素合成代谢中基因突变与花色变异的关系,旨在为今后深入研究花青素的分子调控机制,解析其遗传规律以及利用基因工程开展作物遗传改良等方面提供理论依据。     

植物花青素苷生物合成及调控的研究进展

花青素苷( anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产生的类黄酮物质,决定被子植物花、果实、种皮、茎、叶和根等的颜色,具有重要的营养价值和药理作用.近年来关于花青素生物合成途径的研究已取得突破,综述了植物花青素苷基因研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径、参与生物合成途径中相关的结构基因和调控基因及功能研究以及影响花青素苷生物合成的环境因素等的研究进展.     

高等植物赤霉素2-氧化酶基因的克隆、表达及其调控

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,对高等植物整个生命周期的生长发育起关键作用。调控赤霉素生物合成和代谢途径中的关键酶基因的表达可以控制植物体内赤霉素的含量。GA2-氧化酶是调节赤霉素合成和代谢的关键酶之一,使活性GA失活。本文主要对GA2-氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行综述,为通过基因工程技术调控植物体内活性赤霉素的含量从而得到改良品种提供思路。     

植物次生代谢基因工程研究进展

随着对植物代谢网络日渐全面的认识,应用基因工程技术对植物次生代谢途径进行遗传改良已取得了可喜的进展.对次生代谢途径进行基因修饰的策略包括:导入单个、多个靶基因或一个完整的代谢途径,使宿主植物合成新的目标物质;通过反义RNA和RNA干涉等技术降低靶基因的表达水平,从而抑制竞争性代谢途径,改变代谢流和增加目标物质的含量;对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累.作者结合对大豆种子异黄酮类代谢调控和基因工程改良的研究,着重介绍了花青素和黄酮类物质、生物碱、萜类化合物和安息香酸衍生物等次生代谢产物生物合成的基因工程研究进展.     

红景天苷生物合成机制及其基因工程研究进展

红景天苷主要来源于红景天,是红景天属植物的重要活性物质,具有抗辐射、抗缺氧、抗肿瘤等多种药用功效。由于红景天野生资源少,且红景天苷在红景天中含量极少、提取率低,因此,研究提高红景天苷产量的生产方法具有重要的意义和价值。在研究红景天苷生物合成机制的基础上,通过基因工程技术来提高红景天苷的产量具有一定的前景和研究价值。综述了红景天苷的生物合成机制、代谢途径中的关键酶和利用代谢工程合成红景天苷的方法,并对其研究前景进行了展望,以期为红景天苷的生物合成相关研究提供参考。     

植物花色素苷生物合成的转录调控

转录调节是植物花色素苷生物合成途径中调节其结构基因表达的重要环节之一。近十多年来,通过调节转录因子的表达激活或抑制有效地调控植物中花色素苷的合成成了众多植物学家研究的重点。现简要介绍了花色素苷的合成运输过程与液泡的沉积扣押、转录因子与调控及转录调节在遗传改良中的应用等方面的研究进展。     

植物花青苷代谢调控机理研究进展

花青苷是植物特有的黄酮类天然色素,具有较高的科研价值,是人们了解植物生命活动的一个重要途径。现有的研究表明,植物花青苷具有光保护、生物保护、有助花的传粉等生物学功能;通过多年努力,花青苷在植物体内合成的化学水平和分子水平的合成代谢途径已经找到,而花青苷在植物体内降解代谢途径研究也有了较大的进展。本文主要综述了近年来花青苷合成及降解途径机理研究进展,并对今后研究发展提出探讨和分析。     

COI1参与茉莉酸调控拟南芥吲哚族芥子油苷生物合成过程

芥子油苷是一类具有防御作用的植物次生代谢产物,外源激素茉莉酸对吲哚族芥子油苷的合成具有强烈的诱导作用,但茉莉酸调控吲哚族芥子油苷生物合成的分子机制并不清楚。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的野生型和coi1-22、coi1-23两种突变体为研究材料,通过茉莉酸甲酯(MeJA)处理,比较了拟南芥野生型和coi1突变体植株吲哚族芥子油苷含量、吲哚族芥子油苷合成前体色氨酸的生物合成基因(ASA1、TSA1和TSB1)、吲哚族芥子油苷生物合成基因(CYP79B2、CYP79B3和CYP83B1)及调控基因(MYB34和MYB51)的表达对MeJA的响应差异,由此确定茉莉酸信号通过COI1蛋白调控吲哚族芥子油苷生物合成,即茉莉酸信号通过信号开关COI1蛋白作用于转录因子MYB34和MYB51,进而调控吲哚族芥子油苷合成基因CYP79B2、CYP79B3、CYP83B1和前体色氨酸的合成基因ASA1、TSA1、TSB1。并且推断,COI1功能缺失后,茉莉酸信号可能通过其他未知调控因子或调控途径激活MYB34转录因子从而调控下游基因表达。     

植物DNA甲基化及其表观遗传作用

表观遗传学(epigenetics)是研究没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达的改变。目前研究表明,表观遗传学在植物生长发育过程中起着极其重要的作用,主要通过包括DNA甲基化、RNA干涉、基因组印记、转基因沉默等多个方面来调控植物的生长发育。其中,DNA甲基化是表观遗传学的最重要研究内容之一,是调节基因组功能的重要手段。现对植物DNA甲基化的特征、维持机制、调控机制、表观遗传作用及其研究方法进行简要论述。     

高等植物中维生素C 的功能、合成及代谢研究进展

植物体内合成的维生素C在植物抗氧化和自由基清除、光合作用和光保护、细胞生长和分裂以及一些重要次生代谢物和乙烯的合成等方面具有非常重要的生理功能。维生素C的生物合成途径及其代谢调控的基因工程研究最近取得了突破。     

不定根发生分子调控机制的研究进展

不定根发生问题,既是植物无性繁殖和工厂化育苗实践的核心问题,又是植物发育和形态建成等方面的重要理论问题。由于不定根发生过程的复杂性,到目前为止对其调控机制的了解还十分有限。大量研究证实,不定根发生与植物生长素类物质密切相关,因此现有的研究不仅围绕生长素及其信号传导途径展开,而且还涉及到基因表观遗传学调控水平。目前已经鉴定出一些与不定根发生相关的生长素信号传导因子,如NO、cGMP、microRNAs等。同时,还克隆到一些与不定根发生相关的基因,如OsPIN1、OsCKI1、NPK1、ARL1等。此外,发现DNA甲基化可以抑制DNA与蛋白(MeCP2) 的结合,从而抑制基因转录;microRNA可以使基因沉默来调控不定根的发生状况。本文围绕不定根发生的激素调控、不定根发生的基因调控、不定根发生的生长素信号传导机制、表观遗传调控等几个方面综述了近年来的研究进展。     

高等植物中维生素C的功能、合成及代谢研究进展

植物体内合成的维生素C在植物抗氧化和自由基清除、光合作用和光保护、细胞生长和分裂以及一些重要次生代谢物和乙烯的合成等方面具有非常重要的生理功能.维生素C的生物合成途径及其代谢调控的基因工程研究最近取得了突破.     

蓝色花形成分子机理研究进展

花色是观赏植物的重要特征, 在自然界中蓝色花占比很少, 很多观赏植物都缺少蓝色种质。因此, 研究蓝色花形成的分子机理对于蓝色花定向育种具有重要意义。研究表明, 花色的形成主要是通过花青苷积累, 花青素通过糖基化形成花青苷, 再通过酰基、甲基化修饰及金属离子络合反应, 在特定的液泡pH环境中呈现出稳定的蓝色。该文从花青苷合成与代谢途径入手, 对蓝色花形成关键基因功能、花青苷各位点酰化的影响、金属离子的作用、液泡pH值相关基因研究及蓝色花分子育种等方面进行综述。     

植物芪类合成途径相关酶、基因和调控机制研究进展

植物芪类化合物,是一类具有抗菌植保作用的次生代谢产物,因具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性而越来越受到重视。本文对植物芪类生物合成途径中涉及到的相关酶、基因和代谢调控机制的研究现状和应用系统生物学研究芪类生物合成途径的相关酶、基因的方法进行综述,并讨论了芪类生物合成相关酶、基因研究的重要意义和应用,以期为调节芪类产量、满足药用保健需求及植物防御、作物品质改良提供帮助。     

蓝色花形成分子机理研究进展

花色是观赏植物的重要特征,在自然界中蓝色花占比很少,很多观赏植物都缺少蓝色种质。因此,研究蓝色花形成的分子机理对于蓝色花定向育种具有重要意义。研究表明,花色的形成主要是通过花青苷积累,花青素通过糖基化形成花青苷,再通过酰基、甲基化修饰及金属离子络合反应,在特定的液泡pH环境中呈现出稳定的蓝色。该文从花青苷合成与代谢途径入手,对蓝色花形成关键基因功能、花青苷各位点酰化的影响、金属离子的作用、液泡pH值相关基因研究及蓝色花分子育种等方面进行综述。     

植物花青素合成代谢途径及其分子调控

植物花青素是一种天然食用色素,具有安全、无毒的特点,具有预防心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等多种重要的营养和药理功能。因此,花青素在食品、医药保健、园艺和作物改良等方面均具有重要研究价值和应用潜力。该文综述了植物花青素合成代谢途径及其分子调控研究进展,概述了植物花青素的生物合成、代谢以及积累过程,重点介绍了影响植物花青素代谢的结构基因和调控基因及其作用机制,同时展望了花青素合成代谢相关基因的研究应用前景和发展趋势。     

植物花色苷生物合成酶类的亚细胞组织研究进展

花色苷类化合物是类黄酮合成途径的有色末端产物,其合成需要多种酶类催化完成.花色苷生物合成的相关酶在细胞质中被组织成与膜联系的多酶复合体,该复合体对于花色苷生物合成途径的整个效率、专一性和调节具有重要意义.本文对植物花色苷生物合成相关酶的亚细胞定位、所形成的复合体的模型及其存在问题进行了综述.花色苷生物合成多酶复合体的建立将有助于演绎出一个关于细胞代谢的新“三维观”,可为花色苷生产的代谢工程的理性调控创造更有效的手段.     

植物类黄酮生物合成途径及重要基因的调控

类黄酮是一类广泛存在于植物中的多酚类次生代谢产物,具有抗氧化、抗炎、抗病毒、调节机体免疫力等多种功效,从而可以预防癌症、冠心病、中风等疾病,同时还具有抗衰老的作用.因此,类黄酮被人们称为"植物营养素".丰富的类黄酮种类和生物活性已使其成为世界保健品研究的热点和重点之一,本文比较详细地总结和阐述了类黄酮生物合成途径及重要基因的调控机制,使我们能够深入和全面地认识类黄酮,对从分子水平上研究和调节类黄酮的合成具有重要的意义.?＃     

编者按: 表观遗传与基因组，且行且相随

表观遗传学是遗传学的伴生学科,发源于对多个不能被传统遗传学理论解释的意外现象的探究．早在1930年,诺贝尔生理学或医学奖得主Hermann Muller就观察到了第一个经典的表观遗传学现象,位置效应花斑现象(position effect variegation)．随后果蝇中的多梳基因沉默(polycomb silencing)、哺乳动物中的X染色体失活(X chromosome inactivation)和基因组印迹(genomic imprinting)、植物中的副突变(paramutation)等经典表观遗传现象先后被发现．对这些现象的机制研究逐渐使科学家理解到这些现象的本质是染色质对基因表达的调控．染色质的组成、结构、修饰、重塑等等都承载着表观遗传信息,它们既响应基因的转录状态,也调节基因的转录． 表观遗传体系具有基因组所不具备的可塑性,从而将一个基因组以几百个表观基因组和几百个转录组的形式呈现,使得多细胞生物能够有效地实现细胞形态与功能的分化;同时表观遗传体系具有一定的可继承性,使得每一个表观基因组能够相对稳定地存在,保证了每种细胞形态与功能的相对稳定,也使得同类细胞的增殖成为可能．总之,表观遗传伴生于基因组,帮助生命体利用同一套基因组实现多种细胞形态的分化与稳定． 表观遗传调控的分子机制、生理意义和新型研究手段始终是表观遗传研究的中心．作为《生物化学与生物物理进展》的客座编辑,此次很荣幸邀请到了国内多位表观遗传领域的精英,为杂志撰写了本期表观遗传学综述专刊．在本期专刊中,作者们基于围绕表观遗传调控的分子机制,对组蛋白去乙酰化酶的结构及应用、染色质重塑、组蛋白变体的染色质装配、30 nm染色质高级结构、非组蛋白修饰和DNA甲基化修饰展开讨论;同时对这些表观遗传机制在微生物、植物、动物中的作用,从细胞水平、发育水平到重编程事件进行论述;此外,专刊还涉及新兴的研究手段冷冻电镜技术在表观遗传研究中的应用． 通过这一专刊,我们希望向读者介绍表观遗传领域的新进展、新动向,也希望能向读者展示国内科学家在表观遗传学领域研究中亮丽的冰山一角．