杜鹃花属植物花香代谢研究进展

花香是观赏植物重要的观赏性状,杜鹃花作为世界闻名的木本花卉,以花色丰富、花型多样闻名于世,其花香是评价杜鹃花品质的重要指标之一。研究表明萜烯类化合物、醇类、酯类、酮类化合物等是杜鹃花属植物花香化合物的主要成分,这些化合物的释放受到花发育状态、释放部位以及环境条件的影响。萜烯类化合物是杜鹃花属植物最主要的花香成分,萜类合成酶基因是杜鹃花花香物质代谢途径中的主要调控基因,利用基因组结合代谢组学研究发现马银花TPS家族基因远多于其他无香型杜鹃花属植物。深入研究杜鹃花不同种和品种特征花香成分及其生物合成途径,对杜鹃花的芳香育种和综合利用有重要意义。本文论述了杜鹃花属植物香气成分的测定与分析方法、不同亚属杜鹃花资源的香气成分、香气合成释放规律以及香气物质生物合成途径和关键基因,为开展杜鹃花主要花香物质合成代谢的遗传规律研究和芳香品种选育提供参考。     

植物花香代谢调节与基因工程研究进展

植物花香在吸引昆虫授粉、提高观赏价值和香精的商业价值方面具有重要的作用。随着分子生物学技术的发展,近年来植物花香基因被大量克隆,对花香化合物的合成与代谢的网络调控机制有了更深刻的认识,基因工程改良花香成为可能。对近年来植物花香的合成途径、花香的释放与基因调节、基因工程的研究进展进行了综述,并就存在的问题进行了分析,为花香的分子育种研究提供参考。     

东方百合‘演员’DXS基因的克隆与表达分析

以东方百合‘演员’花瓣为试验材料,采用RACE技术,克隆得到百合1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶基因DXS的cDNA全长,命名为LeDXS(GenBank登录号为MF576067)。序列分析表明,LeDXS基因cDNA序列全长2 471bp,其中开放阅读框包含2 142bp,编码713个氨基酸,相对分子量大小约为76.3kD,等电点为6.65,化学式为C_(3370)H_(5374)N_(942)O_(1016)S_(32)。系统进化分析结果显示,LeDXS与猕猴桃和万寿菊DXS聚为一类,属于Ⅰ型DXS,是功能较保守的一类。实时荧光定量PCR结果分析表明,LeDXS基因在不同品种百合花瓣中均有表达,且浓香型百合DXS基因表达量比淡香型和无香型百合高。该研究结果为百合DXS生物学功能研究奠定了基础,同时也为百合花香育种提供了理论依据。     

茉莉素介导的长春花生物碱次生代谢转录调控机制

萜类吲哚生物碱（terpeniod indole alkaloids, TIAs）是植物中产生的一类具有药理活性的次生代谢产物.药用植物长春花（Catharanthus roseus）因含有长春碱和长春新碱等重要的抗肿瘤萜类吲哚生物碱而成为研究TIAs次生代谢的主要模式植物.应用正、反向遗传学和各种代谢组学技术对长春花TIAs次生代谢途径及其调控进行了较深入的研究,相继鉴定了参与TIAs代谢途径调控的CrORCAs、CrMYCs、CrZCTs和CrWRKYs等转录因子,特别是发现茉莉素（jasmonates, JAs）介导TIAs生物合成的转录调控网络. 本文以长春花TIAs生物合成途径为模式,重点论述其代谢途径中的关键酶、参与调节的转录因子,尤其是茉莉素介导的调控网络及机制,解析植物中这些天然抗癌生物碱合成积累水平低的制约因素和组织细胞特异性,讨论基于这些新知识的长春花抗肿瘤TIAs代谢工程策略和工厂化绿色生产前景.     

红景天甙生物合成途径：酪醇合成的起始反应及其糖基化

红景天甙(Salidroside)生源途径分子机制的解析是利用基因工程、代谢工程技术合成目标化合物的基础。糖基化是红景天甙生物合成的最后一步反应。在前期工作中,本课题组率先报道了与红景天甙生物合成相关的3个尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UGTs)基因,在体外酶学性质研究的基础上,利用根癌农杆菌和发根农杆菌介导分别建立了相关转基因体系,鉴别了红景天甙生物合成最适UGT及植物和毛状根生物反应器系统合成红景天甙的效率差异;酪醇(Tyrosol)是红景天甙糖基化反应的甙元底物分子,其具体的代谢通路及其调控机制仍不明确。针对酪醇生物合成来源主要存在两种观点:一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸,该途径起源于苯丙氨酸;二是生物碱代谢途径的中间产物酪胺可能是酪醇生物合成的前体,该途径则起源于酪氨酸。在后续工作中,否定了酪醇来源于苯丙烷代谢途径的可能性,进一步的工作证实酪氨酸脱羧酶(TyrDC)在酪醇生物合成的起始反应中担负着重要功能,酪醇作为一种苯乙烷类化合物衍生物,其生物合成来源于生物碱代谢途径。     

植物黄烷酮-3-羟化酶基因研究进展

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)作为植物进入不同类黄酮代谢物分支的一个中枢酶,可以催化生成花青素和黄酮醇合成的共同前体物质二氢黄酮醇,在类黄酮合成途径中起着十分重要的调控作用。本文从F3H基因的发现、结构功能和表达调控等方面,综述了F3H基因在调节植物花青素和黄酮醇合成中的研究进展及调控网络,并对未来研究方向进行了展望。期望为F3H基因在植物类黄酮代谢合成途径的调控机制研究提供参考,也有助于利用F3H开展基因工程研究,定向培育植物新种质。     

蝴蝶兰新型杂交品种挥发性成分分析

为研究不同蝴蝶兰(Phalaenopsis)品种的关键致香成分,该研究采用顶空固相微萃取(HS-SPME)与气相色谱-质谱联用(GC-MS)的芳香植物香气收集分析方法,结合对8个香花蝴蝶兰新型杂交品种盛花期花朵进行花香成分检测,并以此为基础进行主成分、聚类及香气品质分析。结果表明:(1)从8个蝴蝶兰新型杂交品种中共鉴定出96种物质,分为萜烯类、醛类、酯类、醇类、酮类、醚类、酚类和芳香族化合物,其中萜烯类物质为主要挥发性物质。(2)主成分分析显示,各新型杂交品种被划分在3个象限中,F2中挥发性成分种类和数量均最多,萜烯类物质主要是桉叶油醇、α-香柑油烯; F1、F4、F5与F8为一组,挥发性成分种类最少,萜烯类物质主要是芳樟醇; F3、F6与F7为一组,挥发性成分种类较多,萜烯类物质主要是α-香柑油烯。(3)聚类分析结果与主成分分析一致,8个蝴蝶兰新型杂交品种聚为3类,F1、F4、F5与F8关系较近,为花香气味类型; F3、F6与F7的关系更近,为木质型花香品质; 而F2与其他7个新型杂交品种却显示有较远的遗传距离,挥发性物质贡献率相对平均,花香成分复杂,兼具木香型、薄荷香型和果香型等。综上表明,花香物质可以作为潜在特征标记物来区分香味特征各异的品种群体。该研究结果为蝴蝶兰种质资源梳理、特定芳香品种选育及产品加工生产等进一步开发利用研究提供了理论依据。     

杜仲叶片不同发育时期数字基因表达谱分析

为在转录水平解析杜仲叶片发育过程中的基因表达模式,该研究通过数字基因表达谱技术对‘华仲6号’杜仲叶片从展叶(4月)到落叶(10月)不同发育时期的基因表达水平进行比较分析,共获得差异基因3 002个,其中1 764个表达量上调,1 238个下调,这些差异表达基因主要行使催化、氧化还原等功能,参与代谢过程和生物过程等;进一步Pathway富集分析发现,苯丙素类生物合成途径相关基因被富集,其中调控绿原酸合成的6个基因差异表达显著;对这些基因表达模式进行分析显示,4月中旬和9月中旬基因的表达量较高,暗示这两个时期对于绿原酸的合成具有重要作用。荧光定量RT-PCR检测6个绿原酸合成相关基因和12个随机选择的差异表达基因,验证结果显示表达谱测序结果可靠。该研究结果为揭示杜仲叶片在不同发育时期的分子调控机制奠定了基础,并为深入解析杜仲绿原酸合成机理,进而通过分子育种手段提高杜仲绿原酸含量提供新的路径。     

油桐种子脂肪酸延长代谢的转录表达与调控机理研究

油桐是我国四大木本油料植物之一,当前对油桐的研究主要集中在栽培选优及低产林改造方面,而对油桐脂肪酸延长代谢的分子机理研究尚未见报道。本研究以油桐果实膨大期、油脂转化初期和油脂转化高峰期的种子为材料,采用高通量RNA测序技术对油桐种子脂肪酸延长代谢的3个不同时期转录组进行比较,以nr、Swiss-Prot、KEGG和COG 4个蛋白数据库为参考,对油桐种子脂肪酸延长代谢进行了综合性分析。研究结果表明,参与油桐种子脂肪酸延长代谢途径的非冗余基因序列共37条,涉及的主要酶功能基因有9种;在果实膨大期、油脂转化初期和油脂转化高峰期中,调控脂肪酸延长代谢途径的基因存在明显的表达差异。综合分析结果绘制了油桐种子脂肪酸延长代谢途径,揭示了调控油桐种子脂肪酸延长代谢过程的基因作用规律。这些研究结果为油脂合成的遗传改良提供了资源和技术基础,同时为油桐分子设计育种提供了一定的科学依据。     

植物内源ABA水平的动态调控机制

ABA具有调节植物生长发育和对环境胁迫做出快速反应的重要功能, 植物内源ABA水平受到ABA合成、代谢及转运等途径的复杂调控。该文综述了近年来植物ABA从头合成、羟基化代谢、可逆糖基化代谢及ABA转运等领域的最新研究进展, 重点讨论ABA合成与代谢基因的表达调控机制, 并展望了今后的研究方向。     

植物内源ABA水平的动态调控机制

ABA具有调节植物生长发育和对环境胁迫做出快速反应的重要功能, 植物内源ABA水平受到ABA合成、代谢及转运等途径的复杂调控。该文综述了近年来植物ABA从头合成、羟基化代谢、可逆糖基化代谢及ABA转运等领域的最新研究进展, 重点讨论ABA合成与代谢基因的表达调控机制, 并展望了今后的研究方向。     

金鱼草AmHMGS基因的克隆及表达特征分析

植物萜烯类化合物合成主要通过MVA和MEP途径,这些萜烯类化合物在植物生长、发育过程发挥着重要作用,萜烯类化合物在植物花香挥发成分中占有大比率.3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合成酶基因(HMGS)是MVA途径中的关键酶基因,该酶作用主要是催化底物乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A生成3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA),是合成萜烯类化合物的前体限速酶.本研究以'马里兰'金鱼草(Antirrhinum majus'Maryland')为材料,克隆AmHMGS,基因全长1 383 bp,编码460个氨基酸,时空和组织特异性RT-qPCR表达分析表明,AmHMGS基因在花中表达量显著高于根茎叶;初开期的表达量最高;在盛花期的不同花器官中,AmHMGS基因在雄蕊和上瓣中表达量最高,与其它花器官中的表达量差异显著.用茉莉酸抑制剂不同浓度的菲尼酮处理盛开期金鱼草花瓣,RT-qPCR分析HMGS基因表达量结果表明,菲尼酮处理后能抑制该基因的表达.本研究的结果为明确AmHMGS基因在金鱼草中的表达模式,为今后研究该基因的功能及其在金鱼草花香释放中的信号作用奠定基础.     

乳酸菌基因改造技术研究进展

乳酸菌是一类革兰氏阳性、不产芽孢、兼性厌氧、发酵多种碳源产乳酸的重要工业微生物之一,广泛应用于食品、医药及化学品的生产当中。随着乳酸菌工业化应用范畴的不断拓展,乳酸菌生理生化特性、酸耐受特性,代谢途径及产酸调控机理的研究受到广泛关注。因此,建立稳定、高效的乳酸菌基因编辑方法,借助基因编辑技术来解析代谢关键基因及基因网络的功能,调控代谢途径,十分必要。对乳酸菌基因编辑技术的研究进展做一综述,并对乳酸菌基因编辑技术的未来研究方向进行展望。     

植物肌醇半乳糖苷合酶的生理功能和调控机制

植物肌醇半乳糖苷合酶（galactinol synthase, GolS）是高等植物棉子糖类寡糖合成途径中的关键酶,为棉子糖系列寡糖提供活化的半乳糖基,调控植物体内棉子糖（raffinose, RFO）系列寡糖的生物合成与积累。编码该酶的基因属于糖基转移酶（glycosyltransferases, GTs）GT8基因家族的亚家族。GolS参与合成的最终产物棉子糖家族低聚糖（raffinose family oligosaccharides,RFOs）是植物中重要的碳水化合物存在形式,在细胞内可溶性强,可作为脱水保护剂;还能发挥稳定膜结构的作用。同时,GolS催化合成的直接产物肌醇半乳糖苷（galactinol）和RFOs都能作为羟基自由基捕获分子参与活性氧的清除。因此,GolS参与的代谢途径在植物碳同化物的贮存与运输、生物和非生物逆境响应、种子的脱水效应等生命过程中均发挥了重要作用。GolS基因结构差异与表达模式不同,导致不同GolS基因参与的生物学功能具有很大的差异。研究植物中不同GolS基因的结构特征,组织特异性表达特性及它们响应不同生长发育阶段、环境变化的表达特性,对了解GolS参与的生物学功能具有重要意义。同时,在分子生物学水平上,深入了解调控植物GolS基因的分子调控机制,为通过遗传工程或分子辅助育种等手段,利用GolS改良农林作物的经济性状提供理论支持。本文针对近年来植物中GolS基因的生理功能和调控机制的研究进行了综述。     

参与植物次生代谢调控的转录因子及其在植物次生代谢遗传改良中的应用

转录因子与结构基因的结合,激活合成基因的表达是次生代谢物合成途径启动前的重要分子事件,对植物次生代谢起着十分重要的调节作用。转录因了可激活次牛代谢物合成途径中多个基因协同表达,从而有效启动次生代谢途径。因此,转录因子为揭示植物次生代谢调控机制提供重要工具,转录因子的基因工程可为植物次生代谢的遗传改良提供有效的手段。     

植物肌醇半乳糖苷合酶的生理功能和调控机制

植物肌醇半乳糖苷合酶（galactinol synthase, GolS）是高等植物棉子糖类寡糖合成途径中的关键酶,为棉子糖系列寡糖提供活化的半乳糖基,调控植物体内棉子糖（raffinose, RFO）系列寡糖的生物合成与积累。编码该酶的基因属于糖基转移酶（glycosyltransferases, GTs）GT8基因家族的亚家族。GolS参与合成的最终产物棉子糖家族低聚糖（raffinose family oligosaccharides,RFOs）是植物中重要的碳水化合物存在形式,在细胞内可溶性强,可作为脱水保护剂;还能发挥稳定膜结构的作用。同时,GolS催化合成的直接产物肌醇半乳糖苷（galactinol）和RFOs都能作为羟基自由基捕获分子参与活性氧的清除。因此,GolS参与的代谢途径在植物碳同化物的贮存与运输、生物和非生物逆境响应、种子的脱水效应等生命过程中均发挥了重要作用。GolS基因结构差异与表达模式不同,导致不同GolS基因参与的生物学功能具有很大的差异。研究植物中不同GolS基因的结构特征,组织特异性表达特性及它们响应不同生长发育阶段、环境变化的表达特性,对了解GolS参与的生物学功能具有重要意义。同时,在分子生物学水平上,深入了解调控植物GolS基因的分子调控机制,为通过遗传工程或分子辅助育种等手段,利用GolS改良农林作物的经济性状提供理论支持。本文针对近年来植物中GolS基因的生理功能和调控机制的研究进行了综述。     

花香的生物合成、调控及基因工程研究进展

花香能提高观赏植物的审美特性,并且在植物的繁衍中起着重要作用。近年来,随着分子生物学的发展,花香分子水平的研究呈现加速发展的趋势,已成为当前的一大研究热点。该文主要论述了花香的生物合成途径及关键酶基因、分子水平的调控和共调控探索、花香基因工程策略,以期为花香性状改良提供参考。     

长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进展

对长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进行了综述。研究人员为探索利用长春花大量生产抗肿瘤药物长春碱和长春新碱等,对长春花吲哚生物碱的合成途径展开了深入的研究,克隆和鉴定了多个编码合成途径关键酶的基因,并研究了相关转录因子对该合成途径基因表达的调控作用;另外,一些关键基因和转录因子已被用于长春花吲哚生物碱代谢途径的遗传改造,相关研究显示利用基因工程手段提高长春花药用成分含量的可行性。     

植物MEP途径的代谢调控机制

萜类代谢途径是植物中最重要的次生代谢途径之一,对其有效的调控决定着植物的生长发育、抗性及品质等各个方面。植物中类萜合成的前体物在质体中是由2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-C-Methyl-D-Erythritol-4-Phosphate,MEP)途径合成的,MEP途径中的许多基因除了受到多基因编码和转录水平的调节外,还受到转录后调节机制的调节,而转录后调节是一种新发现的调节方式,其机制还不是很清楚。该文重点对近年来国内外有关植物MEP途径的多种调节方式,尤其是转录后调节的调节机制及其可能参与的信号分子方面的研究进展进行综述,为植物的MEP途径的代谢调控提供参考。     

基于蛋氨酸代谢调控的内源性抗氧化分子机制

蛋氨酸是一种含硫必需氨基酸,在蛋白质组成和新陈代谢中都发挥着独特的作用。蛋氨酸具有内源性抗氧化作用,一方面蛋氨酸在蛋氨酸亚砜还原酶(MSR)作用下通过自身氧化还原反应来发挥内源性抗氧化作用,另一方面蛋氨酸可通过代谢途径(GSH合成、Nrf2抗氧化通路等)来增强内源性抗氧化能力。然而目前缺乏对蛋氨酸抗氧化分子机制全面深入的研究报道。因此,本文在蛋氨酸代谢的基础上,对蛋氨酸促进GSH合成、激活MSR抗氧化系统以及调控Nrf2抗氧化通路的分子机制进行综述,并对GSH合成、MSR与Nrf2抗氧化体系之间的关系进行阐述,为全面解析蛋氨酸内源性抗氧化分子机制提供理论依据。