植物蔗糖代谢关键酶的研究进展

高等植物蔗糖代谢关键酶主要有转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶。本文就这些酶基因的克隆、转录及表达,相关基因的遗传转化及分子遗传学特性作了综述,并对需进一步研究的问题进行了讨论。     

温度对棉纤维糖代谢相关酶活性的影响

以棉纤维比强度高的科棉1号和中等强度的美棉33B 2个基因型棉花品种为材料,于2005年在江苏南京(长江流域下游棉区)和徐州(黄河流域黄淮棉区)设置不同播期(4月25日和5月25日)试验,研究了不同温度下棉纤维发育过程中蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶等糖代谢相关酶活性的动态变化特征及其与纤维长度和比强度形成的关系.结果表明：棉纤维伸长发育期,蔗糖酶、β-1,3-葡聚糖酶活性较高;纤维加厚发育期,蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶活性上升速度快、活性高,蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶活性下降速度快.纤维伸长期,蔗糖酶活性升高对纤维的伸长具有明显促进作用;纤维加厚发育期,提高蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性及加快蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶活性下降速度有利于提高纤维比强度.科棉1号前期蔗糖酶、β-1,3-葡聚糖酶活性及中后期蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性均较美棉33B高.在本试验条件下,23.3 ℃是高强纤维形成的适宜温度,23.3 ℃～25.5 ℃是纤维长度形成的适宜温度.     

不同温度敏感性棉花纤维发育相关酶活性变化对低温的响应

选用纤维比强度形成存在温度敏感性差异的两个棉花品种（科棉1号：温度弱敏感型品种,苏棉15：温度敏感型品种）为材料,于2006—2007年在江苏南京设置大田分期播种试验,使棉纤维发育处于不同的温度条件,研究低温对棉纤维发育相关酶（蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶）活性及相应基因表达的影响.结果表明：由晚播造成的低温（棉纤维发育期日均最低温分别为21.1、20.5和18.1 ℃）影响了纤维发育相关酶的活性变化,从而影响了棉纤维素累积和纤维比强度的形成.低温提高了纤维中蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶的活性,降低了蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶的活性.低温使Expansin、蔗糖合成酶基因的高表达时间延长,β-1,3-葡聚糖酶基因的表达峰值出现时间延迟,且表达量降低.两个棉花品种的纤维素合成相关酶对低温的响应存在差异,温度敏感型品种（苏棉15）的酶活性的变化幅度明显高于温度弱敏感型品种（科棉1号）, 可能是导致不同棉花品种纤维比强度形成存在温度敏感性差异的主要原因.     

番茄蔗糖代谢关键基因的分子生物学研究

蔗糖代谢相关的酶类主要有转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶。该文着重对番茄中这些酶的编码基因表达与转基因方面的近期研究进行分析评述。     

河套蜜瓜果实发育过程中糖积累与蔗糖代谢相关酶的关系

以河套蜜瓜为试材,采用外部形态观测与内部生理指标测定相结合的方法,对其果实发育过程中果实生长模式以及果实中蔗糖、果糖、葡萄糖和淀粉含量以及蔗糖代谢相关酶活性进行测定,以揭示河套蜜瓜果实生长发育过程中糖的代谢积累与相关酶的关系.结果显示:(1)河套蜜瓜果实生长速率呈单"S"曲线,果实发育早期以积累葡萄糖为主,进入成熟期后蔗糖积累量迅速增加,最终由蔗糖和己糖共同构成果实品质.(2)在河套蜜瓜果实成熟期前,蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性维持较低水平,进入成熟期后,SPS活性迅速升高;蔗糖合成酶(SS)活性在成熟期前为分解活性大于合成活性,成熟期后表现为合成活性大于分解活性;在整个果实发育期,酸性转化酶(AI)活性较低,中性转化酶(NI)活性始终高于AI.(3)在果实整个发育期,蔗糖含量与蔗糖代谢酶的净活力呈极显著正相关,蔗糖代谢相关酶共同作用决定果实中蔗糖含量.研究表明,在河套蜜瓜果实发育前期,以蔗糖分解代谢为主,且蔗糖合成酶和中性转化酶是催化蔗糖分解的关键酶;果实成熟期间,蔗糖代谢转为合成方向为主,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶在蔗糖积累中起主导作用.     

高等植物中蔗糖降解酶及其基因表达与调控

大多数植物的库器官都是以蔗糖的形式接受碳源和能源,蔗糖进入库代谢需要转化酶和蔗糖合成酶降解成为葡萄糖和果糖,而糖又调节植物代谢过程中许多酶的基因表达,因此蔗糖降解酶是植物生长发育中起关键作用的酶．综述了近年来蔗糖合成酶和转化酶的作用及它们基因表达和调节的研究进展．     

高等植物中与蔗糖代谢相关的酶

就近年来高等植物转化酶,蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶等3种与蔗糖代谢相关酶的作用,基因的克隆以及转基因植株的表现作了述评。     

甘蔗节间蔗糖含量与和蔗糖代谢相关的4种酶活性之间的关系剖析

测定和分析2个品种甘蔗节间蔗糖含量与和蔗糖代谢相关的4种酶活性之间关系的结果表明:节间蔗糖含量与酸性转化酶活性成极显著负相关,与蔗糖磷酸合成酶活性呈显著正相关。从通径分析结果可知,4种关键酶中可溶性酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶是对蔗糖含量贡献程度最大的2个酶.     

‘台农1号’芒果果实发育过程中的糖分积累与相关酶活性研究

以‘台农1号’芒果为材料,测定了果实生长发育过程中淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及淀粉酶、蔗糖代谢相关酶———酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖组分与酶活性的关系进行了分析.结果显示,(1)台农1号芒果果实属于单S型生长曲线,发育前期主要积累淀粉、葡萄糖和果糖,果实成熟软化时,淀粉酶活性降至最低,淀粉水解,蔗糖快速积累.(2)酸性转化酶活性在果实整个发育过程中维持最高,完熟时略有降低;蔗糖磷酸合成酶在果实发育前期略有降低,完熟时升至最高;蔗糖合成酶和中性转化酶活性在整个发育期一直很低且较稳定.(3)淀粉含量与淀粉酶活性呈显著正相关,与SPS活性呈极显著负相关,蔗糖、葡萄糖含量均与SPS、SS呈显著、极显著的正相关;果糖含量与SS呈极显著的正相关.研究表明,芒果成熟时淀粉分解、酸性转化酶活性的降低,且蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的增加是引起果实蔗糖积累的主要因子.     

植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成

纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源,1996年克隆了第一个植物纤维素合成酶基因,植物纤维素的生物合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶如Korrigan纤维素酶,蔗糖合成酶等来共同完成。本文介绍了植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成途径及其相关基因如蔗糖合成酶基因、KORRIG-AN基因等研究进展。     

硫营养对小麦籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响

在田间条件下,研究了施硫对小麦籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响.结果表明:在0～20 cm土层土壤有效硫含量为5.84 mg/kg的地块上施硫不仅提高了小麦籽粒中蔗糖的含量,而且催化蔗糖降解代谢的蔗糖合成酶(SS)活性提高,利于籽粒蔗糖的降解.施硫显著提高了灌浆期间籽粒可溶性淀粉合成酶(SSS)活性,并使腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)和束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性在灌浆中、后期维持在较高水平,对直链和支链淀粉的合成都起促进作用, 使总淀粉积累增加,千粒重提高,产量增加.     

网纹甜瓜发育果实糖分积累与蔗糖代谢参与酶的关系

随着网纹甜瓜果实的发育,果实中葡萄糖和果糖的含量增加,蔗糖的快速积累发生在果实发育的中后期,高蔗糖积累型果实中蔗糖积累速率明显快于低蔗糖积累型.蔗糖磷酸合成酶活性在果实发育的前期短暂下降, 而后稳步上升,在果实发育的中后期高蔗糖积累型果实中该酶的活性显著高于低蔗糖积累型果实;随着果实发育,蔗糖合成酶的分解活性降低而合成活性升高.酸性和中性转化酶在未成熟果实中活性较高,而在成熟果实中很低; 高蔗糖积累型果实中酸性转化酶活性显著低于同期低蔗糖积累型果实.合成蔗糖的酶活性小于分解蔗糖的酶活性时蔗糖几乎没有积累.根据这些结果推测,转化酶活性的下降、蔗糖磷酸合成酶活性的增加以及蔗糖合成酶分解活性的下降和合成活性的增加,是引起果实蔗糖积累的主要内在因子.     

去果河套蜜瓜源叶碳水化合物及其相关酶昼夜变化特征

以河套蜜瓜为试材,在果实迅速膨大期通过去果处理改变库源关系,研究源叶净光合速率,蔗糖、还原糖和淀粉含量及其代谢相关酶活性的昼夜变化规律。结果表明:(1)源叶的净光合速率为单峰曲线,无明显的"光合午休"现象,去果处理对其无影响。(2)源叶中蔗糖和还原糖含量的昼夜变化为单峰曲线,蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶合成方向活性的昼夜变化为双峰曲线,蔗糖合成酶分解方向、酸性转化酶和中性转化酶活性的昼夜变化无明显规律,改变库源关系对这些指标均无显著影响;蔗糖含量升高受蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶合成方向正调控,而蔗糖含量降低则受多种酶的共同调节。(3)源叶中淀粉含量和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性的昼夜变化为单峰曲线,去果处理可以显著提高淀粉含量和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性,淀粉含量升高受腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶正调控。     

遮光灵武长枣果实糖积累和代谢相关酶活性特征

于灵武长枣盛花期对果实进行遮光处理,以自然照光为对照,通过测定果实生长指标、叶绿素含量、蔗糖代谢相关酶活性及其蔗糖代谢糖分含量等,研究果实光合作用在果实糖积累中的作用及对果实多糖和总糖含量积累的影响。结果表明:(1)遮光处理后,果实单粒重、单粒体积以及果实中叶绿素含量均降低。(2)遮光处理不同程度增加了果实中转化酶、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶分解方向酶的活性,而降低了其蔗糖合成酶合成方向酶的活性。(3)遮光处理主要影响果实着色期和成熟期的糖含量,对果实发育初期糖含量影响较小;果实多糖的形成与果实所受光照状况具有一定的关系,而果实中总糖的积累与外界光照具有密切关系。可见,果实遮光处理影响了果实发育过程中蔗糖代谢相关酶的活性,从而影响果实糖分的代谢和积累。     

枇杷果实发育过程中糖积累及相关酶活性变化研究

以'青种'、'霸红'和'鸡蛋白'3个枇杷品种为材料,测定不同果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及蔗糖代谢相关酶即酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:在果实膨大期(5月3日)之前,3种枇杷果实的蔗糖、葡萄糖和果糖积累缓慢,之后则迅速积累,存在着明显的转折点;果实成熟(5月23日)之后糖分积累速度趋于平稳.3种枇杷果实在发育过程中转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性变化与3种糖积累的动态变化趋势相一致.NI和AI活性在果实膨大期之前都较低且没有明显的变化,之后均快速上升;SS和SPS的活性在果实膨大期之前都很低且几乎无变化,随后'鸡蛋白'的活性迅速上升至果实成熟之后便缓慢上升,而'青种'和'霸红'随果实成熟度的增加而升高,但均低于'鸡蛋白'.可见,枇杷果实膨大期是糖分积累代谢活跃期,其糖积累受蔗糖代谢相关酶综合调控.     

巴西橡胶树两个蔗糖合成酶基因的克隆和表达分析

为了解蔗糖合成酶在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)生长和发育过程中的功能,利用RACE技术从巴西橡胶树中克隆了蔗糖合成酶基因,并对基因的表达特征进行了分析。结果表明,从巴西橡胶树中克隆了两个蔗糖合成酶基因(HbSS1和HbSS2),HbSS1全长2864 bp,编码806个氨基酸;HbSS2全长2815 bp,编码811个氨基酸。两个基因编码的蛋白具有典型的植物蔗糖合成酶结构特征,包含1个磷酸化位点和两个保守的功能域。半定量RT-PCR分析表明,HbSS1和HbSS2在各组织器官中均有表达,其中HbSS1在叶中的表达量最高,HbSS2在树皮中的表达量最高,这说明HbSS1和HbSS2可能参与了各组织的生长和代谢过程,且功能有所分化。     

氨基脱氧分支酸合成酶对Corynebacterium glutamicum SYPS-062积累L-丝氨酸的影响

为阐明氨基脱氧分支酸合成酶(ADC合成酶)在Corynebacterium glutamicum SYPS-062体内积累L-丝氨酸过程中的作用,通过交叉PCR以及同源重组的方法敲除叶酸途径关键酶ADC合成酶的编码基因pabAB,构建了叶酸缺陷型菌株Corynebacterium glutamicum SYPS-062△pabAB,同时构建pabAB基因增强表达重组菌C.glutamicum SYPS-062(pJC Ⅰ-pabAB).分别考察了ADC合成酶对菌株生长的影响、对L-丝氨酸降解途径关键酶丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)的影响以及其对L-丝氨酸积累的影响.结果表明,与出发菌株相比,增强表达基因pabAB重组菌的ADC合成酶的酶活力提高了33%.SHMT酶的酶活力提高了30%,其最大比生长速率(μm)提高了48%,单位细胞产酸率(Yp/x)降低了36.2%;而敲除基因pabAB重组菌的ADC合成酶的酶活力降低了61%.SHMT酶的酶活力降低了20%,最大比生长速率降低了32%,单位细胞产酸率提高了12%.     

套袋对梨果实发育过程中糖组分及其相关酶活性的影响

以翠冠和黄金梨为试材,测定套袋和未套袋(对照)梨果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨醇含量以及蔗糖代谢相关酶酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖组分积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:(1)两梨品种套袋果实在发育过程中蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇和糖代谢相关酶活性变化趋势与对照基本一致,套袋果实糖含量均低于对照但差异不显著,而各相关酶活性在两类果实间差异表现各异.(2)在梨果实发育早期,果实中以分解酶类为主,糖分积累低;发育后期以合成酶类为主,糖分积累多.(3)两品种套袋和对照果实AI活性与葡萄糖含量均呈显著或极显著正相关,SS合成方向活性与蔗糖含量均为极显著正相关,且翠冠对照果SPS活性与蔗糖含量呈极显著正相关.可见,套袋通过提高果实发育早期转化酶(Inv)活性,降低果实后期蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)的活性来影响糖分积累,从而影响梨果品质.     

植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展

棉子糖系列寡糖代谢与植物生长发育、逆境胁迫、种子耐贮性及脱水耐性等关系密切.棉子糖系列寡糖的合成从棉子糖的合成开始,由半乳糖苷肌醇上的半乳糖基的转移依次生成棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等.寡糖代谢是一个复杂的调控体系,其中肌醇-1-磷酸合成酶、肌醇半乳糖苷合成酶、蔗糖合成酶、棉子糖合成酶、水苏糖合成酶和毛蕊花糖合成酶等参与了棉子糖系列寡糖的生物合成过程.本文对植物中棉子糖系列寡糖的代谢及其重要调控酶的特性、功能及分子生物学研究进展进行综述.     

水稻叶片蔗糖磷酸合成酶的一些特性

水稻叶片粗提液经硫酸铰分部沉淀、DE 52纤维素及 Sephadex G—200柱层析,得到较纯的蔗糖磷酸合成酶。该酶的最适 PH约7.0;UTP,UDP,ATP能明显地抑制其酶活;UTP是该酶UDPG的竞争性抑制剂,Mg~( )对它有促进作用;G6P则无影响。酶的两个底物F6P及UDPG的饱和动力学曲线分别为双曲线型和S型;K_m(F6P)=0.93 mmol/L;K_m(UDPG)=20.0 mmol/L;V_m(F6P)=83.3 nmol Suc mg~(-1)Protein min~(-1);V_m(UDPG)=333 nmol Suc mg~(-1)protein min~(-1);Hill(F6P)=1.0,Hill(UDPG)=1.4。水稻叶片蔗糖磷酸合成酶的活性受 ATP,UTP,UDP,UDPG等因素的调节。水稻叶片中蔗糖合成酶的总活力大于或等于蔗糖磷酸合成酶。