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。     

藤仓赤霉(Gibberella fujikuroi)分子生物学及发酵工程研究进展

赤霉素是最重要的植物生长调节剂之一,工业化生产是由丝状真菌藤仓赤霉发酵产生.近20年来,随着分子生物学技术的发展,对藤仓赤霉赤霉素生物合成途径中相关基因的分子鉴定和表达调控等研究取得了显著的进展,赤霉素生物合成途径的分子生物学基本研究清楚,使得利用基因工程和代谢工程技术进行赤霉菌改良、提高赤霉素发酵水平成为可能.本文对藤仓赤霉中赤霉素合成机理及其表达调控、关键酶基因功能、外源基因转化系统、发酵技术、利用基因工程技术进行改造等方面的研究进展进行综述.     

查尔酮合酶基因对转基因植物花色和育性的影响

查尔酮合酶 ( chalcone synthase,CHS)是花色素合成途径中的一个关键酶 ,它在植物中表达量的改变可能影响花的颜色。从矮牵牛 ( Petunia hybrida)特定发育阶段的花瓣的 c DNA中 ,克隆到查尔酮合酶基因 ,并正向插入到原核表达载体和含有花椰菜花叶病毒 Ca MV 35 S启动子的真核表达载体中 ,在原核中得到高效表达 ,并通过土壤农杆菌介导的方法转化矮牵牛。转基因植物的花色不但发生了明显的变异 ,其育性也受到了影响 ,不能产生正常花粉粒 ,成为雄性不育植株。 Northern杂交表明 ,转基因植物花瓣中 ,内源及外源查尔酮合酶基因转录均受到抑制     

外源赤霉素对心里美萝卜幼苗花青素的影响

花青素是植物体内广泛存在的一类天然色素,具有重要的生理功能。花青素合成途径可受多种因素调控,其中植物生长激素赤霉素（gibberellic acid,GA）对其的调控作用报道较少。本文用不同浓度的赤霉素处理心里美萝卜幼苗,以探讨它对花青素含量的影响。结果表明,外源GA3处理显著增加了萝卜幼苗的下胚轴长度,并提高了下胚轴中α-淀粉酶活性;显著降低下胚轴中花青素的含量。1 μmol/L GA3处理效果较好;处理后第3 d和第5 d,花青素合成的关键酶查尔酮合酶、查尔酮异构酶和花青素还原酶编码基因的表达水平均低于对照组。同时,外源GA3显著诱导过氧化物酶活性的升高。上述结果表明,外源赤霉素可能通过下调花青素合成基因的表达,提高过氧化物酶活性和促进下胚轴伸长生长降低花青素的水平。     

甜菜夜蛾和茉莉酸甲酯处理对棉花茉莉酸合成途径关键基因及萜类合酶基因表达的影响

本文以陆地棉(Gossypium hirsutum)‘石远321’为实验材料,采用实时荧光定量PCR技术,研究了经甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)取食诱导和茉莉酸甲酯(MeJA)处理的茉莉酸(JA)合成途径中关键基因及萜类合酶基因的时间表达模式。甜菜夜蛾取食陆地棉后,JA合成途径脂氧合酶基因(GhLOX1和GhLOX2)、丙二烯氧化物合酶基因(GhAOS)、丙二烯氧化物环化酶基因(GhAOC)随处理时间变化均有不同程度的上调表达,其中GhLOX2表达量上调最明显,处理后12和72h表达量分别上升64.4和118.7倍;5个萜类合酶基因GhTPS1、GhTPS2、GhTPS3、GhTPS4、GhTPS5随处理时间变化表达模式明显不同,GhTPS4和GhTPS5表达量明显升高。外源MeJA处理后,GhLOX2表达量急剧上升,变化最大;5个萜类合酶基因均受MeJA诱导表达,但表达量在处理后不同时间有明显差异,GhTPS4处理后各时间点的表达量均高于对照。这些结果表明JA合成途径的GhLOX2和萜类合酶基因GhTPS4是响应甜菜夜蛾取食诱导和MeJA处理最为重要的基因。     

β-1,3-葡聚糖酶在植物抗真菌病基因工程中的研究进展

β-1,3-葡聚糖酶是植物抗真菌病的重要抗性物质之一,植物β-1,3-葡聚糖酶可由病原物(如Mg)、化学因子(如水杨酸、乙烯、赤霉素)或物理因子(如紫外线照射、机械损伤)等多种生物因子和非生物因子诱导产生.将外源β-1,3-葡聚糖酶基因导入植物,可提高植物的抗真菌病害的能力;而将β-1,3-葡聚糖酶基因与其他防卫蛋白基因同时导入植物,将更大程度的提高植物的抗真菌病能力,是植物抗真菌病防治的有效新途径.文章中主要对β-1,3-葡聚糖酶的生物学特性、植物β-1,3-葡聚糖酶基因在转基因植株中的独立表达及其与其他抗真菌病基因的协同表达等进行了综述.     

查尔酮合酶基因转化矮牵牛：——改变花色的新途径

查尔酮合酶是花色素合成途径中的关键酶,它在植物中的表达量直接影响到花色的变化。将来源于矮牵牛中的查尔酮合酶基因正向克隆到含有ＣａＭＶ３５Ｓ启动子的中间介体中,通过土壤农杆菌介导导入矮牵牛,转基因矮牵牛花色发生了明显的变化。用Ｎｏｒｔｈｂｅｒｎ杂交分析表明,转基因植物中,内源和外源查尔酮合酶基因的转录均受到抑制。     

水稻EPSP合酶基因的克隆、结构分析和定位

5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸(EPSP)合酶是芳香族氨基酸合成途径中的一个关键酶, 该基因在植物抗除草剂基因工程中具有重要的应用价值. 根据水稻EPSP合酶基因的EST序列设计探针, 在水稻TAC基因组文库中筛选到16个阳性克隆. 对阳性克隆E11进行亚克隆, 由此获得了由3661核苷酸组成的水稻EPSP合酶基因全序列. 序列分析和同源性比较揭示, 该基因由8个外显子和7个内含子组成. 以窄叶青8号/京系17组合构建的DH群体和分子图谱将水稻EPSP合酶基因定位于水稻第6条染色体的上端.     

植物支链淀粉生物合成研究进展

植物支链淀粉占贮存淀粉的70%～80%,是决定植物果实或种子品质的关键成分.对植物支链淀粉生物合成途径及其代谢酶基因的研究,可大大推动支链淀粉结构的改造和在食品工业上的应用.该文介绍了植物支链淀粉的结构组成,详细阐述了参与支链淀粉生物合成的三类酶,即淀粉分支酶(starch branchingenzyme,SBE)、可溶性淀粉合酶(soluble starch synthase,SSS)和淀粉脱支酶(starch debranching enzyme,SDBE)的编码基因、酶学特性及其在支链淀粉合成中的作用,并就植物支链淀粉的合成模型加以探讨.同时提出了该研究领域尚待解决的问题,对其应用前景作了展望.     

温郁金萜类合酶基因CwTPS4的克隆和表达特征

温郁金是著名的"浙八味"之一,药用价值高、应用广泛,萜类化合物是其主要的药用成分.萜类合酶是植物萜类化合物生物合成途径中的关键酶.依据温郁金根茎的转录组数据,采用反转录PCR获得了1个萜类合酶基因CwTPS4(GenBank登录号:MW774935),其开放阅读框长1515 bp,编码504个氨基酸,含有萜类合酶特有的结构域和保守序列RXR、DDXXD等;生物信息学分析表明CwTPS4编码的蛋白定位在细胞质中、无跨膜区域,为水溶性的稳定蛋白,属于萜类合酶的TPS-a亚家族成员.实时荧光定量分析表明,CwTPS4基因主要在生长旺盛的叶片中表达,其次在根茎膨大初期的根茎中表达量较高,而在成熟或衰老的组织中表达量较低.本研究从温郁金中克隆得到1个新的萜类合酶基因CwTPS4,经生物信息学分析表明CwTPS4可能参与了温郁金中倍半萜类化合物的合成,为下一步研究其在温郁金萜类物质合成中的功能奠定了一定的基础.     

核基质结合区对转爬山虎芪合酶基因烟草中产生白藜芦醇的作用

采用核基质结合区(MARs)来提高转芪合酶基因(STS)烟草(Nicotianatabacum L.)中白藜芦醇产物的含量.MARs是细胞中能与核基质特异紧密结合的DNA片段,体外结合实验表明克隆自酵母的MARs序列能特异地与烟草核基质结合.芪合酶是白藜芦醇生物合成中的关键酶,用RT-PCR方法从川鄂爬山虎(Parthenocissus henryana(Hemsl.)Diels et Gilg)中克隆了与葡萄芪合酶基因有较高同源性的芪合酶编码区,将其置于CaMV35SΩ强启动子下,分别构建两侧带有MARs及不含MARs序列的表达载体,通过农杆菌介导转化烟草.Northern blot及HPLC等分析表明STS基因已整合至烟草染色体中并正常转录,且表达的外源芪合酶在烟草中可催化其底物合成白藜芦醇产物.与对照相比,MARs的存在使转芪合酶基因烟草中白藜芦醇的含量平均提高了约一倍.MARs在转芪合酶基因植物中的应用也为获得抗病性更强、白藜芦醇含量更高、更保健的转基因果蔬的研究奠定了基础.     

植物螯合肽及其功能

植物螯合肽（phytochelatin,PC）是一类富含Cys、由PC合酶以GSH为底物催化合成的小分子多肽,能通过Cys的-SH络合重金属.研究PC的合成机理及其重金属解毒机制、研究PC合酶和PC合酶基因的表达模式及其功能对于运用植物修复技术治理重金属污染的土壤和水体具有重要意义.     

赤霉素合成基因的克隆以及其相关矮化突变体

矮化突变体在阐明植物茎的生长发育调节机制和植物育种中具有十分重要的作用。研究表明,赤霉素(GA)与植物矮化突变体的产生有密切关系。目前运用各种不同的方法,几乎所有编码GA合成过程中的酶的基因都被克隆出来了。近年来,一系列新方法更加促进了GA调控的研究进展。现就GA合成过程中相关基因的克隆、GA的信号转导以及如何进行GA调控等方面进行综述。     

盾叶薯蓣环阿屯醇合酶基因克隆与表达

利用巢式PCR和RACE技术从盾叶薯蓣中克隆了阿屯醇合酶的cDNA(定名为DZCAS).结果表明,该cDNA的开放读码框为2 280 bp,编码759个氨基酸的多肽,分子量为86 924 Da,等电点为6.39.氨基酸序列比对表明盾叶薯蓣阿屯醇合酶与其他植物阿屯醇合酶的相似性超过70%,含有环阿屯醇合酶共有的保守序列.利用氧化鲨烯环化酶基因缺陷型酵母表达DZCAS,并用高效液相色谱和液质联用仪检测酵母细胞中环阿屯醇合成情况,证明DZCAS编码环阿屯醇合酶.RT-PCR分析表明,DZCAS在盾叶薯蓣幼叶中表达量最高,其次是在地下幼嫩块茎中,而地上幼茎表达量最低.     

钙离子和水杨酸诱导灵芝多糖和三萜的合成

灵芝多糖和三萜是灵芝主要的药理活性物质。如何提高液体发酵中灵芝多糖和三萜的含量是目前研究的热点。本研究以J‐7/AL‐2菌株为例,在灵芝的液体发酵中加入10mmol/L钙离子诱导,多糖含量比对照提高34%,三萜含量提高64%。在发酵液中加入150μmol/L水杨酸(SA)诱导,多糖含量提高57.54%,三萜含量提高37.19%。在灵芝的液体发酵第12天加入10mmol/L钙离子和150μmol/L水杨酸,三萜含量提高46.9%。在不同诱导条件下,三萜的高效液相图谱(HPLC)显示钙离子与对照的差异性比较大。灵芝三萜关键酶基因的表达也有所不同。水杨酸提高法尼基焦磷酸合酶(FPS)、鲨烯合酶(SQS)和羊毛兹醇合酶(LS)基因的表达量,而钙离子和钙离子与水杨酸共同处理提高3‐羟基‐3‐甲基戊二酰辅酶A合酶(HMGS)、3‐羟基‐3‐甲基戊二酰辅酶A转录水平还原酶(HMGR)、焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶(MVD)、法尼基焦磷酸合酶(FPS)、鲨烯合酶(SQS)和羊毛兹醇合酶(LS)6个三萜关键酶基因的表达量。在3种处理下,都是SQS的基因表达量提高最多,推测SQS基因是灵芝三萜合成过程中重要的基因。     

芪类化合物及其合成酶的研究进展

芪类化合物,是一种抗菌的植物抗毒素,因其具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性,越来越受到人们的重视。近年来与合成芪类化合物直接相关的芪合酶功能基因也相继在不同植物中被发现,以芪合酶为基础的转基因研究范围也不断扩大。对芪类化合物的生物合成途径、生物活性,芪合酶的结构、功能,以及芪合酶基因和转芪合酶基因的最新研究进展情况进行综述,以期为进一步的研究该类成分及获取相关功能基因而提供科学依据。     

异源表达CiRS基因通过生成白藜芦醇增强拟南芥的抗氧化能力

白藜芦醇是一种具有多种医疗保健作用的植物芪类次生代谢产物,在农业、医药、食品和化妆品等领域受到广泛的关注。白藜芦醇合酶是白藜芦醇生物合成中唯一必需的关键酶,决定植物体内白藜芦醇的合成。将中间锦鸡儿中克隆到的CiRS基因(Gen Bank登录号MF678590)转入野生型拟南芥,实验结果显示:野生型的总黄酮含量明显高于转基因株系。HPLC测得转基因拟南芥中有白藜芦醇的生成,并且含量最高达335μg/g FW。紫外照射处理后转基因植物中丙二醛的积累量明显少于野生型。转基因植物提取物DPPH自由基清除能力均高于野生型。这些结果表明,中间锦鸡儿CiRS基因异源表达后利用与黄酮类物质的共同底物合成了白藜芦醇,使得转基因植物的抗氧化性增强。     

植物体内一氧化氮合成途径研究进展

一氧化氮(NO)作为一种气体信号分子,在植物生理过程中发挥重要作用,它参与调节植物的生长、发育及对外界环境的应激反应.植物体内主要通过酶催化途径和非酶催化途径合成NO.酶催化途径合成NO的主要酶包括一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)和硝酸还原酶(nitrate reductase,NR),以及在某些植物的特定组织或器官或在特殊环境条件下存在的一氧化氮氧化还原酶(nitric oxide oxidoreductase,Ni-NOR)和黄嘌呤氧化还原酶(xanthine oxidoreductase,XOR).非酶催化合成途径主要是在酸性和还原剂存在条件下将亚硝酸盐还原成NO.该文主要结合研究方法,综述了植物体内NO合成途径的研究进展,为植物体内NO信号的作用机理的深入研究提供信息资料.     

RS基因的植物表达载体和酵母表达载体构建

白藜芦醇合酶(RS)是Res生物合成的关键酶之一,它催化1分子4-香豆酰辅酶A和3分子丙二酰辅酶A反应合成Res.以花生中克隆的RS基因为基础,成功构建了RS基因的以Ubi为启动子的单子叶植物表达栽体pBIL-RS,为以后的基因工程遗传转化果蔗和其他单子叶植物改良其品质提供条件.同时构建了酵母表达载体pVT102U-RS,为下一步研究真核表达蛋白的生物活性提供条件,并为利用酵母生产Res提供了可能.     

两个水稻GDP-甘露糖-3′, 5′-异构酶基因特征及表达模式的研究

GDP-甘露糖-3',5'-异构酶(GME)可以催化GDP-甘露糖转化为左旋GDP-半乳糖,该反应对于高等植物体内抗坏血酸的合成是非常重要的.但目前在分子水平上还没有对GME基因进行研究的报道.通过逆转录PCR(RT-RCR)技术从水稻成熟叶片中克隆到两个GME基因的cDNA序列,并与其他植物物种中的GMEs进行比对,结果显示,GME基因在所有植物物种中高度保守,尽管进化树分析表明单子叶植物GMEs和双子叶植物GMEs在进化上相互独立.同时,分析这两个水稻GME基因的剪切模式揭示了二者也存在高度相似性.采用半定量RT-PCR技术对两个GME基因在不同组织和不同胁迫条件下的表达模式进行研究表明,OsGME1基因在冷胁迫条件下表达水平上调,这和先前水稻冷胁迫蛋白质组学研究的结果是一致的.而OsGME2和OsGME1基因在用赤霉素处理条件下表达水平均下调,暗示赤霉素可能通过调节GME基因的表达来调控植物体内的抗坏血酸合成.