果实成熟乙烯相关基因工程研究进展(综述)

果实成熟是一个复杂的生理生化过程,而乙烯是引发果实成熟的主要因素.本文简述乙烯合成过程中S-腺苷甲硫氨酸水解酶、ACC合成酶与ACC氧化酶、ACC脱氨酶基因和乙烯受体突变体的特性及克隆;同时,评述利用基因工程技术控制果实成熟的应用前景.     

ACC氧化酶和ACC合成酶反义RNA融合基因导入番茄和乙烯合成的抑制

从番茄品种强力米寿的总DNA中克隆番茄果实特异启动子2A11,以番茄成熟果实的RNA为模板,进行RT-PCR扩增,克隆番茄全长的ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因片段。完成两个基因的克隆和测序后,将888bp的番茄ACC氧化酶基因和943bp的ACC合成酶基因片段串联,构成全长1837bp的融合基因。将该融合基因以反义的方向插入植物双元载体pYPX145中番茄果实表达特异启动子下游,获得ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因融合的植物双元载体pOSACC。该载体外源基因表达单元的两端含两个烟草SAR序列,利于转基因的稳定遗传。以番茄栽培品种合作903子叶和下胚轴为外植体,利用根癌农杆菌进行基因转化,通过200mg/L卡那霉素选择和GUS检测,获得了105株番茄GUS阳性植株,转基因番茄果实在当代表现明显耐贮特点。经过4代的耐贮和果实农艺性状的综合选择,获得了两个表现良好的株系DR-1和DR-2,两株系果实乙烯释放量显著下降,是未转基因材料的9.5%,番茄的贮存期在50天以上。     

ACC氧化酶和ACC合成酶反义RNA融合基因导入番茄和乙烯合成的抑制

从番茄品种强力米寿的总DNA中克隆番茄果实特异启动子2A11,以番茄成熟果实的RNA为模板,进行RT-PCR扩增,克隆番茄全长的ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因片段。完成两个基因的克隆和测序后,将888bp的番茄ACC氧化酶基因和943bp的ACC合成酶基因片段串联,构成全长1837bp的融合基因。将该融合基因以反义的方向插入植物双元载体pYPX145中番茄果实表达特异启动子下游,获得ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因融合的植物双元载体pOSACC。该载体外源基因表达单元的两端含两个烟草SAR序列,利于转基因的稳定遗传。以番茄栽培品种合作903子叶和下胚轴为外植体,利用根癌农杆菌进行基因转化,通过200mg／L卡那霉素选择和GUS检测,获得了105株番茄GUS阳性植株,转基因番茄果实在当代表现明显耐贮特点。经过4代的耐贮和果实农艺性状的综合选择,获得了两个表现良好的株系DR-1和DR-2,两株系果实乙烯释放量显著下降,是未转基因材料的9．5％,番茄的贮存期在50天以上。     

低温对梨(Pyrus communis L.)果实后熟过程中乙烯合成和反应的影响(英文)

Passe Crassane梨果实采后需经过 6 0～ 80d的低温处理才能正常后熟。为了明确低温促进果实成熟的机理 ,对果实进行了低温和低温结合 1 MCP(1 甲基环丙烯 ,乙烯作用抑制剂 )和丙烯 (乙烯类似物 )处理。研究发现 :果实经低温处理后 ,乙烯合成前体———ACC含量大幅度升高 ,而未经低温处理的果实 ,无论贮藏在空气中或用丙烯 1 0 0 0μl/L处理 ,果实中ACC、M ACC含量均保持较低水平。但冷藏前用 1 MCP处理可抑制冷藏果实或冷藏后升温的果实ACC含量的增高。这说明果实的后熟过程与低温和依赖乙烯的ACC合成酶的活性和基因的表达密切相关。未经冷藏的果实于 2 0℃下用丙烯处理 ,果实不能自发合成乙烯 ,但当果实经过冷藏后再用丙烯处理 ,则果实对丙烯的反应能力随冷藏时间延长而增强。为了进一步了解低温诱导的乙烯反应过程。我们对乙烯受体基因进行了研究。定量PCR分析结果表明 ,与拟南芥ETR1同源的基因的表达不受低温的调节。但冷藏后升温 ,或在升温后用丙烯处理时 ,mRNA含量降低。这些结果说明 ,低温可能是通过影响乙烯信号转导途径下游的其它因子而调节依赖乙烯的ETR1基因和ACC合成酶基因的表达 ,从而影响果实的成熟过程     

通过表达ACC脱氨酶基因控制番茄果实的成熟

乙烯在跃变型果实的成熟过程中起着触发呼吸跃变和促进果实成熟的作用。细菌来源的1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶能降解乙烯的直接前体ACC,从而抑制植物体内乙烯的合成。我们用PCR方法从假单孢杆菌中克隆到ACC脱氨酶基因并通过农杆菌介导的方法将其转入番茄(Lycopersicun esculentum)中。再生植株经Southern blot检测证明,ACC脱氨酶基因已整合到番茄基因组中并稳定表达。转基因番茄果实成熟期的推迟时间与体内乙烯的抑制程度有相关性。转基因番茄植株乙烯的合成降低80%左右,果实在离体条件下可保鲜75d左右。研究ACC脱氢酶基因在植物体内的作用可阐明高等植物体内乙烯的作用机理并为培育耐贮藏果蔬品种打下基础。     

植物果实的特异型启动子

植物果实特异型启动子能控制外源基因在果实中特异表达。目前已获得的果实特异型启动子主要包括E8、2A11/2A12、PG、MCPI、B33和ACC氧化酶启动子等。该文主要对这些果实特异性启动子及其存在的问题进行了总结,并对该领域今后的发展趋势进行了展望。     

嫁接对网纹甜瓜果实乙烯生物合成及CmACO1基因表达的影响

以“新汉城翠蜜”网纹甜瓜为接穗,以“圣砧一号”南瓜为砧木进行嫁接,研究嫁接对目光温室网纹甜瓜果实乙烯生物合成及CmACO1基因转录水平表达的影响。结果表明：嫁接明显降低了网纹甜瓜果实ACC含量及乙烯释放量,在乙烯释放高峰时,嫁接的网纹甜瓜果实乙烯释放量比自根的降低了12．6％;嫁接降低了果实中ACC合成酶和ACC氧化酶活性,其最大值分别比自根网纹甜瓜降低了9．0％和6．8％;嫁接抑制了CmACO1的表达,其相对表达量最大值比自根网纹甜瓜降低了39．0％;嫁接网纹甜瓜果实中乙烯释放高峰、ACC合成酶和ACC氧化酶活性峰值及CmACO1相对表达量峰值出现的时间均比自根的延迟了3d。     

香蕉果实成熟相关基因ACO1启动子区的克隆及其功能初探

根据已报道的香蕉果实表达ACC氧化酶基因(ACO1)的序列,用改进的接头连接PCR法从香蕉基因组中扩增并克隆了此基因5′旁侧区1526bp的片段。其中包含一个推测的TATA盒序列;与已公布的两个香蕉ACC氧化酶基因启动子序列(分别为934bp和1451bp)的相似性各为97.3%(López-Gómez等)和88.8%(May和Kipp)。将4个含有不同大小启动子区的克隆片段与GUS基因编码区连接构建成嵌合基因,通过基因枪轰击转入香蕉叶、根和果实的细胞后。瞬时表达结果表明不同大小的ACO1-启动子区段都只在果实细胞中指导GUS基因表达,证明该启动子具有指导基因在果实中表达的功能;并推测负责果实特异性的顺式元件可能位于启动子近端0.7kb区段之内,在468至822 的355bp区段内可能存在与正控制有关的顺式元件。     

桃ACC合酶基因的分离及其差异表达

利用5′/3′RACE PCR技术,从桃(Prunus persica (L.) Batsch)果实中克隆了植物乙烯生物合成的关键酶--ACC合酶的全长cDNA pacs,对pacs基因进行全序列测定表明,该基因全长1 848个碱基,编码区为1 449个碱基,5′端有177个碱基的非编码区序列,3′端有219个碱基的非编码区序列(不包括终止密码子TAA).pacs基因编码区共编码483个氨基酸,蛋白质大小为54 kD,等电点为6.43.pacs与番茄(S19677)、梅(AB031026)、番木瓜(U68216)、苹果(AB034993)等其他植物ACC合酶cDNA氨基酸序列同源性分别为65%、70%、75%、90%,并存在与这些ACC合酶氨基酸的活性位点保守序列SLSKDMGFPGFR.RT-PCR结合杂交分析表明,pacs和我们以前克隆的桃ACC合酶cDNA pacs12(AF467782)在叶片和花中基因表达模式基本一致,伤处理和IAA均能诱导叶片pacs 和pacs12基因的表达,但pacs在伤处理叶片的表达水平比pacs12高;pacs 和pacs12基因在果实表达有所不同,pacs在绿熟和成熟果实中均有表达,而pacs12在绿熟果实中基本检测不到,在成熟果实中才有表达,两者在果实中的表达水平比伤处理和IAA处理叶片和花中要低.     

香蕉果实成熟相关基因ACO1启动子区的克隆及其功能初探

根据已报道的香蕉课实表达ACC氧化酶基因（ACO1）的序列,用改进的接头连接PCR法从香蕉基因组中扩增并克隆了此基因5′旁侧区1526bp的片段,其中包含一个推测的TATA盒序列;与已公布的两个香蕉ACC氧化酶基因启动子序列（分别为934bp和1451bp）的相似性各为97．3％（Lopez-Gomez等）和88．8％（May和Kipp)。将4个含有不同大小启动子区的克隆片段与GUS基因编码区连接构建成嵌合成基因,通过基因枪轰击转入香蕉叶、根和果实的细胞后,瞬时表达结果表明不同大小的ACO1启动子区段都只在果实细胞中指导GUS基因表达,证明该启动子具有指导基因在果实中表达的功能,并推测负责果实特异性的顺式元件可能位于启动子近端0．7kb区段之内,在468至822的355bp区段内可能在与正控制有关的顺式元件。     

1-甲基环丙烯对香蕉采后生理的影响(综述)

本文概述1-MCP对香蕉采后的乙烯产生量、呼吸速率、ACC合成酶和ACC氧化酶、果实颜色、果实硬度、营养成分及果实风味等生理生化指标的影响,阐明1-MCP在香蕉采后贮藏保鲜中的应用潜能,并对1-MCP处理效果的若干影响因子和存在问题进行了探讨。     

鸭梨ACC氧化酶基因cDNA片段的克隆及农杆菌介导的反义遗传转化

研究根据ACC氧化酶基因的保守序列设计一对特异性引物。以鸭梨果实为试材,借助RT,PCR方法扩增得到一条长度为831bp的鸭梨ACC氧化酶基因eDNA片段,该片段编码276个氨基酸残基,与其它梨品种ACC氧化酶基因序列同源性均在94％以上。将此片段反向插入真核表达载体pBI121的CaMV35S启动子和NOS终止子之间,构建了鸭梨ACC氧化酶基因的反义表达载体．并在农杆菌LBA4404的介导下实现对鸭梨组培苗的遗传转化。经PCR鉴定证实共有4株鸭梨组培苗中外源基因得到成功转化,Southern杂交显示在这4株转基因鸭梨中除有1株外源基因呈双拷贝外,其余3株中外源基因均以单拷贝形式存在。     

鸭梨ＡＣＣ 氧化酶基因ｃＤＮＡ 片段的克隆及农杆菌介导的反义遗传转化

研究根据ACC氧化酶基因的保守序列设计一对特异性引物,以鸭梨果实为试材,借助RT PCR方法扩增得到一条长度为831bp的鸭梨ACC氧化酶基因cDNA片段,该片段编码276个氨基酸残基,与其它梨品种ACC氧化酶基因序列同源性均在94%以上。将此片段反向插入真核表达载体pBI121的CaMV 35S启动子和NOS终止子之间,构建了鸭梨ACC氧化酶基因的反义表达载体,并在农杆菌LBA4404的介导下实现对鸭梨组培苗的遗传转化。经PCR鉴定证实共有4株鸭梨组培苗中外源基因得到成功转化,Southern杂交显示在这4株转基因鸭梨中除有1株外源基因呈双拷贝外,其余3株中外源基因均以单拷贝形式存在。     

园艺作物成熟和衰老的分子生物学

对园艺作物乙烯和果实成熟、乙烯生物合成途径中二个关键酶ACC合成酶和ACC氧化酶的分子特性,基因克隆和表达及转基因研究等方面问题进行了评述。     

鲜切花保鲜相关调控基因研究进展

对切花保鲜相关调控基因：ACC氧化酶基因（CAO）,ACC合成酶基因（ACS）,ert-1基因和切花保鲜相关调控因子;乙醇、乙醛、DPSS和钴等做一综述。     

桃ACC合酶基因的分离及其差异表达

利用5'/3'RACE FCR技术,从桃（Prunus persica(L.)Batsch）果实中克隆了植物乙烯生物合成的关键酶-ACC合酶的全长cDNA pacs,对pacs基因进行全序列测定表明,该基因全长1848个碱基,编码区1449个碱基,5'端有177个碱基的非编码区序列,3'端有219个碱基的非编码区序列（不包括终止密码子TAA）。pacs基因编码区共编码483个氨基酸,蛋白质大小为54kd,等电点为6.43。pacs与番茄（S19677）、梅（AB031026)、番木瓜（U68216）、苹果（AB034993）等其他植物ACC合酶cDNA氨基酸序列同源性分别为65%、70%、90%,并存在与这些ACC合酶氨pacs12(af467782)在叶片和花中基因表达模式基本一致,伤处理和IAA均能诱导叶片pacs和pacs12基因的表达,但pacs在伤处理叶片的表达水平比pacs12高;pacs和pacs12基因在果实表达有所不同,pacs在绿熟和成熟果实中均有表达,而pacs12在绿熟果实中基本检测不同,在成熟果实中才有表达,两在果实中的表达水平比伤处理和IAA处理叶片和花中要低。     

挥发性香气物质和乙烯生产在"湖景蜜露"桃果实发育过程中的变化

以"湖景蜜露"水蜜桃(Prunus persica L.)为试材,检测了果实从未成熟到成熟发育过程中乙烯生成、呼吸速率及挥发性香气性物质的变化;同时对果实大小、果皮色泽、果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸进行了测定;对与果实乙烯产生密切相关的1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)含量、ACC合成酶活性、ACC氧化酶活性也进行了测定.结果表明,随果实成熟度的增加,果实大小、果皮L*值、可溶性固形物含量增加,而果实硬度、果皮h°值、可滴定酸含量减少.在未成熟的果实中,C6的醛类(反式-2-己烯醛)和醇类(顺式-3-己烯醇)是主要的成分;乙烯生成量很低;呼吸速率较高.到跃变阶段C6～C12的内酯类物质明显增加,尤其是γ和δ-内酯类成为果实主要的香气挥发性物质.推测果实乙烯、呼吸作用等基本的生理变化可能调节着内酯类物质的生成.在乙烯跃变上升时果肉中ACC氧化酶的活性下降,ACC含量和ACC合成酶活力的变化与乙烯生成量变化的趋势一致.根据以上结果可以认为桃果实主要的香气挥发性物质的形成与乙烯、呼吸跃变的开始密切相关.香气物质形成速率动态变化可能是桃果实发育过程中成熟度的另一个生理学指标.     

河套蜜瓜ACC合成酶cDNA片段的克隆和序列分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）合成酶是高等植物中乙烯生物合成的关键酶。以成熟河套蜜瓜（CucumismeloL．cvHetau）果实的RNA为模板,经反转录和PCR扩增得到预期大小的DNA片段,插入到pUC19的SmaⅠ位点后转化E.coliJM109,筛选出重组子pHMAS1。序列分析表明获得了长627bp的ACC合成酶cDNA片段。与已报道的ACC合成酶基因相应序列比较有很高的同源性．     

香蕉果实特异性ACC合酶的cDNA克隆及序列分析

根据ACC合酶高度保守区氨基酸序列设计两种兼并引物。通过RTPCR,克隆了香蕉果肉ACC合酶1693bp的cDNA片段。再根据其序列测定结果进行5′RACE(RapidamplificationofcDNAends)。最终确定香蕉果肉中ACC合酶的mRNA全长为1752个核苷酸。其中5′非翻译区74个核苷酸,编码区1461个核苷酸,3′非翻译区217个核苷酸,编码产物为486个氨基酸。通过Northern杂交分析,证明此ACC合酶基因的表达具有果实特异性     

ACC脱氨酶基因转化白兰瓜的初步研究

用带有ACC脱氨酶基因和卡那霉素抗性基因（NptⅡ,作为报告基因）的工程根癌农杆菌转化白兰瓜子叶。通过组织培养,得到具有卡那霉素（Km)抗性的再生小苗,经NptⅡ报告基因的PCR扩增,ACC脱氨酶基因的Southern点杂交以及ACC脱氨酶活性的生理生化检测可知,ACC脱氨酶基因已成功转入白兰瓜子叶再生小苗,而且不同植株的真叶中表现出不同水平的ACC脱氨酶活性。