海藻糖在植物遗传转化中的应用

文章介绍海藻糖的性质、生理生化功能和海藻糖合酶基因在植物遗传转化中的应用。     

海藻糖合酶的分子生物学研究进展

海藻糖合酶能够将麦芽糖转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中具有十分重要的意义。本文从海藻糖合酶的基因克隆、基因工程应用、结构和催化机制的研究以及其在微生物体内的功能等方面讨论了海藻糖合酶的研究进展。     

改造大肠杆菌合成海藻糖途径以高效合成海藻糖

海藻糖是相容性溶质的一种,因其具有多种生物学功能,在食品、化妆品、药品以及器官移植等方面均有很广泛应用。然而近几年生产海藻糖主要集中在使用酶催化的方法,虽然这种方法的转化效率高,但是却存在着副产物的问题,难以得到高纯度的海藻糖产品,严重制约了海藻糖的应用。本文通过基因工程技术在大肠杆菌Escherichia coli中构建了海藻糖高效合成新途径,通过全细胞催化合成海藻糖。利用PCR技术在哈氏噬纤维菌Cytophaga hutchinsonii中克隆获得海藻糖双功能合成酶基因(tpsp),采用E.coli pTac-HisA高效表达载体,实现海藻糖双功能合成酶基因(tpsp)高效表达,利用高效表达菌株进行全细胞催化,将葡萄糖高效转化为海藻糖。结果表明C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因(tpsp)在E.coli中成功实现表达,该酶能够在胞内将葡萄糖高效转化为海藻糖,并将其转运到胞外,实现海藻糖的高效率合成,海藻糖的产量提高到1.2 g/L,相对转化率为21%。当将此高产菌株在发酵罐中进行转化时,海藻糖的产量达到13.3 g/L,葡萄糖的相对转化率达到48.6%。采用C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因高效表达并且应用于海藻糖全细胞合成催化在国内外尚属首次报道,海藻糖的转化率及产率都已达到文献报道最高水平,本研究为开拓海藻糖生产新技术奠定了基础。     

海藻糖酶抑制剂--一种新型农药先导结构

海藻糖是细菌、真菌以及许多无脊椎动物主要的能源供应物质之一,它可以被海藻糖酶水解成为两分子葡萄糖单体,进而参与氧化供能。因此,海藻糖酶可以作为创新农药的作用靶点。该扼要介绍了几种海藻糖酶抑制剂,讨论了它们的结构一活性关系,以期对研发新型海藻糖酶抑制剂有所帮助。     

克鲁氏假丝酵母在高渗环境中海藻糖和胞内甘油积累的研究

Brown[1]在1976年提出了相容溶质(Compatible solutes)的概念,尽管有关它们功能的确切机制尚不是非常清楚,但是通常它们被认为是具有渗透调节作用和对细胞中生物活性物质具保护功能的物质.海藻糖和甘油在这方面所表现出的特殊功能已被国内外广泛关注[2].Brown[3]和Crowe[4]还分别报道了甘油和海藻糖在保护胞内可溶性酶和细胞膜稳定性方面的功能.Crowe[5]在研究几种不同碳水化合物对动物肌细胞的保护功能时发现,海藻糖和甘油都在不同程度上表现出这种特性.关于酵母细胞在加盐培养基中的生长代谢情况Kuniho Nakata[6]和Sukesh [7]分别进行了报道,发现酵母细胞内有海藻糖的积累,并且海藻糖的量与细胞对外界不利环境的耐受性有密切关系.     

海藻糖载入血小板的研究

将不可渗透型的保护剂海藻糖有效地载入血小板内部是用冷冻干燥法保存血小板重要的第一步。研究血小板对海藻糖的载入量随外部海藻糖浓度、孵化时间、孵化温度改变的变化规律,发现在细胞外海藻糖浓度为50mmol/L、孵化温度37℃、孵化时间4h的条件下,血小板能有效地吸收海藻糖,细胞内海藻糖浓度达到15mmol/L以上。对孵化后的血小板进行形态观察、血液学分析和膜联蛋白(annexin)V结合活化分析,结果表明孵化后的血小板保持了正常血小板的形态和功能。     

海藻糖的生物合成与分解途经及其生物学功能

海藻糖是一类在干旱、低温、热击或脱水等逆境环境下具有独特抗逆保护作用的二糖,广泛分布于藻类、细菌、真菌和动植物体内。近年来,随着对海藻糖研究的深入,海藻糖已经被广泛应用到食品、医药、化妆品和分子生物学研究等领域。该文简述了海藻糖在生物体内的代谢途径、生物学功能和研究进展,并对灭蚊真菌Pythiumsp.GY1938菌株海藻糖代谢酶基因的研究前景加以展望。     

酵母内源性海藻糖代谢调控研究进展

作为一种天然稳定剂的双糖,海藻糖(Trehalose)在逆境下对生物体活性的保护功能既吸引了广泛的研究兴趣,也使其具有良好的应用价值和潜力。本文聚焦重要模式微生物和工业应用微生物酵母,结合组学研究最新进展,从海藻糖代谢途径、应激条件下的海藻糖代谢和转录特征以及提高胞内海藻糖含量策略等方面,对内源性海藻糖研究新进展进行了综述。     

海藻糖酶法合成途径及其酶基因的重组表达研究

在生物抗逆研究中,海藻糖合酶基因是继甘露醇、脯氨酸、甜菜碱合成酶基因之后又一个与抗逆相关的基因。海藻糖具有独特的生物学功能,能提高生物体对干旱、高温、冷冻和渗透压的抗性,发现以来就受到人们的普遍关注。随着对海藻糖化学性质、生理功能、作用机理及代谢途径等方面研究的深入,其在生物制品、食品、医药、作物育种及精细化工等领域广阔的应用前景日益显现。就海藻糖在生物体中的合成途径,以及海藻糖合成酶的基因工程研究进展进行了综述。     

外源海藻糖对水稻生理生化及褐飞虱抗性的影响

【目的】海藻糖参与植物对逆境胁迫的响应与适应过程,本文旨在明确海藻糖对水稻生理生化特性及抗褐飞虱影响,将有助于全面探索海藻糖对水稻的潜在作用,为后续研究提供参考和依据。【方法】本实验在外施10 mmol·L~(-1)和50 mmol·L~(-1)浓度的海藻糖后,测定水稻超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性,丙二醛(MDA)和可溶性糖含量,褐飞虱取食后植株功能损失系数(FPLI)及利用刺吸电位技术(EPG)研究褐飞虱的取食行为。【结果】外施10 mmol·L~(-1)和50 mmol·L~(-1)浓度的海藻糖后,POD活性和可溶性糖含量显著上升,MDA含量显著下降,并且显著提高了水稻植株的功能损失指数,EPG结果发现海藻糖处理明显增加了N4波的持续时间。【结论】适量的海藻糖改善水稻抗非生物胁迫的能力,但并不有利于对褐飞虱抗性的提高。     

海藻糖及其在微生物领域中的应用

海藻糖是生物体低湿休眠及微生物、生物大分子耐热抗干燥的稳定物质,８０年代以来受到国内外广泛关注并做了大量细致研究,本文详细介绍了这种独特双糖的理化及分子生物学特性、功能和作用机理以及它的制备和应用前景。     

用模拟实验小鼠发现摄入海藻糖改善骨质疏松

《日经生物技术》１９９８年９月１４日号第１５页报道：林原研究所利用模拟实验小鼠发现经口服用海藻糖能改善骨质疏松症。将这次小鼠的实验结果用于人类,成人每天口服１０克～３０克就能改善骨质疏松状况。该公司认为海藻糖“作用于骨”的功能,可扩大海藻糖的市场需要...     

分析植物组织中海藻糖的气质联用及毛细管气相色谱法

介绍一种用1-甲基咪唑为溶剂和催化剂、盐酸羟胺和乙酸酐为肟化和乙酰化试剂,对植物样品中海藻糖等糖类物质进行乙酰化衍生化后的气相色谱分离、质谱鉴定的分析方法.以核糖醇为内标,通过校准曲线对植物组织中的海藻糖进行定量分析.此法测定海藻糖的最低量可达8.17×10-11g,适于植物样品中微量海藻糖的分析测定.     

耐放射异常球菌海藻糖合成酶基因的克隆及功能鉴定

利用生物信息学手段,在GenBank中进行氨基酸序列的同源性比较分析,检索到来自于耐放射异常球菌（Deinococcus radiodurans）基因组序列中一功能未确定的开放阅读框（ORF）,其氨基酸序列和已报道的海藻糖合成酶的氨基酸序列有约60％的同源性.将这段ORF克隆到大肠杆菌进行表达,并进行功能鉴定.实验表明这段ORF序列所编码的是一种海藻糖合成酶,它能将麦芽糖分子转化成海藻糖分子,以30％的麦芽糖为底物时能将约65％的麦芽糖转化成海藻糖.重组酶性质初步研究表明,在pH 7.0,最佳温度30℃转化麦芽糖效率最高.     

海藻糖及其在生物工程方面的应用

自海藻糖发现以来对其化学性质、生理功能、作用机理、代谢途径等已进行了较为深入的研究,其分子生物学的研究也渐渐兴起。研究表明海藻糖能提高生物体对干旱、低温、高温、pH、盐渍等逆境条件下的抗性。离体试验表明海藻糖能保护生物膜、蛋白质的结构并能保持逆境下的酶活性,同时,外源海藻糖同样对生物体有保护作用。由于海藻糖具有这些独特的生物学功能,它已在许多方面得以应用,可作为食品工业的一种添加剂和甜味剂,使干燥食品在得水后保持原有的色、香、味;也可作为医药工业的非特异性生物制品和生化药品保护剂,使其在常温下保存,从而降低运输与储存费用;另外,在农业研究中可利用现代分子生物技术培育表达海藻糖的转基因作物,提高农作物的抗旱、抗冻等抗逆性能。     

垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆及功能分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(Trehalose-6-phosphate synthse, TPS)是植物海藻糖合成途径的关键酶, 在旱生卷柏等复苏植物对逆境胁迫应答中起重要作用。文章以我国特有旱生植物垫状卷柏(Selaginella pulvinata)为材料, 采用同源扩增与RACE技术相结合的方法克隆了海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1, cDNA全长3 223 bp, 包括一个2 790 bp的开放阅读框, 推导的氨基酸序列与模式物种的海藻糖-6-磷酸合成酶具有较高的序列相似性, 催化活性中心保守位点基本一致。酵母功能互补实验证明, 用SpTPS1基因开放阅读框转化的海藻糖合成酶基因突变(tps1△)酵母菌株, 可恢复在以葡萄糖作为唯一碳源培养基上的生长, 说明垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1的编码蛋白具有生物活性, 可应用于植物抗逆性的转基因改良。     

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶, 亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、 蜕皮、 变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆, 从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区, 部分蛋白拥有1~2个跨膜结构域, 根据是否具有跨膜结构, 可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类, 膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列, 即“PGGRFREFYYWDSY”和“QWDYPNAWPP”。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖, 为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面, 一是参与昆虫几丁质合成途径, 从而调控表皮、 中肠等处的几丁质合成; 二是通过与激素的协同作用, 调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化, 从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境, 并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能, 其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。     

酶法合成海藻糖研究的新进展

海藻糖（bondooe）是由两个葡萄糖残基经a－l,l键接的非还原二糖,广泛存在于细菌、酵母、真菌、藻类、昆虫中］。海藻糖具有独特而令人感兴趣的生物学功能。例如可以保护蛋白质、生物膜及敏感细胞的细胞壁免受干旱、冷冻、渗透压的变化等造成的伤害,用作不稳定药品、食品和化妆品的稳定剂,多种食品和药品的甜味剂,种子的包衣,冷冻干燥菌株的保护剂l’］等,最近报道海藻糖可保护DNA防止放射线引起的损伤［’］。海藻糖来源目前主要从酵母中提取,但收率较低,成本高,限制了其应用。以往的研究表明,海藻糖在真菌和细菌中的合成主要…     

昆虫海藻糖与海藻糖酶的特性及功能研究

海藻糖作为昆虫的血糖,对昆虫的能量代谢、滞育、抗逆等具有重要作用。海藻糖酶是海藻糖代谢过程中一个重要的酶类,特异性地将一分子海藻糖水解为两分子葡萄糖而被昆虫利用,其基因表达和酶活性与昆虫各项生理过程密切相关。本文从昆虫海藻糖与海藻糖酶的特性、代谢途径以及它们在昆虫体内的重要作用进行综述,并对海藻糖和海藻糖酶在授粉昆虫方面的研究作了展望。     

海藻糖——昆虫的血糖

海藻糖(trehalose)是由2个葡萄糖分子通过α,α-1,1糖苷键连接的一种非还原性双糖。海藻糖作为昆虫的血糖,对于生物的能量代谢和抗逆等方面具有重要的作用。文章从昆虫海藻糖的发现、海藻糖的化学性质、昆虫中海藻糖的生理作用、代谢途径等方面进行综述,并对昆虫中海藻糖的进一步研究作了展望。