植物角质层蜡质合成与调控的分子生物学研究进展

角质层覆盖于陆生植物的地上部分。沉积于其表面的外角质层蜡质组成了植物与外部环境之间的屏障。蜡质的合成是由大量酶类协同作用的结果,又是一个积极可调控的过程。综述了近年来角质层蜡质合成与调控的分子生物学研究进展,包括突变体筛选、基因克隆和鉴定,以及功能基因组学研究等三方面,并对植物蜡质代谢基因克隆鉴定中存在的问题进行了探讨。     

植物角质层蜡质的化学组成研究综述

角质层是植物与外界的第一接触面,而角质层蜡质则是由位于角质层外的外层蜡质和深嵌在角质层中的内层蜡质两部分构成。植物角质层蜡质成分极其复杂,具有重要的生理功能。综述了有关植物角质层蜡质的化学组成信息,探讨了目前植物角质层蜡质化学成分研究中存在的一些问题,展望了角质层蜡质成分的研究前景。     

植物超长链脂肪酸及角质层蜡质生物合成相关酶基因研究现状

超长链脂肪酸(very long chain fatty acids, VLCFAs)在生物体中具有广泛的生理功能, 它们参与种子甘油酯、生物膜膜脂及鞘脂的合成, 并为角质层蜡质的生物合成提供前体物质。角质层是覆盖在植物地上部分最表层的保护层, 由角质和蜡质组成, 其中蜡质又分为角质层表皮蜡和内部蜡, 在植物生长发育、适应外界环境方面起重要作用。VLCFAs的合成由脂肪酰-CoA延长酶催化, 该酶是由b-酮脂酰-CoA合酶、b-酮脂酰-CoA还原酶、b-羟脂酰-CoA脱水酶和反式烯脂酰-CoA还原酶组成的多酶体系。合成后的VLCFAs通过脱羰基与酰基还原作用进入角质层蜡质合成途径, 形成各种蜡质组分。文章就VLCFAs及角质层蜡质合成代谢途径中相关酶基因研究进展方面做了综述, 并对植物蜡质基因研究中存在的问题提出一些看法。     

植物角质层内外蜡质的差异及其与抗逆性的关系

植物角质层是覆盖在植物地上部分的叶、花和非木质茎等器官表面的保护层,包括角质和蜡质。其中蜡质根据分布位置不同又分为表皮蜡质和内部蜡质。大量研究表明,表皮蜡质含量和结构在植物生长发育和抗逆性申发挥着重要作用。近年来有研究发现构成蜡质的成分在内外蜡质层中的分布存在差异,角质层蜡质成分影响植物抗逆性。本文针对角质层结构和内外蜡质差异性以及角质层结构和组成与植物抗逆性之间的关系进行了综述。     

植物角质层基因研究进展

角质层是形成于陆生植物表皮细胞壁外表面的脂质保水层。角质层的基本功能是保水,同时也在响应逆境胁迫、自我清洁及器官发育等方面发挥作用。角质层通常由角质和蜡质组成。角质是角质层的主要结构成分,其主要组分是聚酯。蜡质成分主要为极长链饱和脂肪酸及其衍生物。这些组分在内质网上合成后被转运到细胞表面,进一步形成完整的角质层结构。近年来通过对角质层相关突变体及相应基因的研究,人们对角质层在合成、转运、形成及调控等各个阶段都有了较为深入的认识。蜡质和角质的合成途径已在角质层相关基因功能的解释下逐渐浮出水面。有关角质层前体转运方面的研究,主要的突破在于ABCG全转运蛋白的发现和功能解析。在角质层形成的机理方面,角质层基因中的酯酶和脂酶类基因的研究有助于进一步认识这个复杂的过程。在基因调控方面,新的转录因子基因和角质层与环境之间的相互关系研究,也为已知的调控网络增加了新内容。该文综述了目前关于角质层相关基因的最新研究进展。     

水稻蜡质基因及其利用研究进展

简要介绍了水稻蜡质基因的等位基因位点及其表达特性。并从蜡质基因第1内含子核苷酸和蜡质基因剪切方式以及蜡质基因相关的顺式作用元件与反式作用因子等方面阐述了水稻蜡质基因表达调控,还概述了水稻蜡质基因的分子标记辅助选育方面的研究。从近年来的报道显示,利用反义RNA技术抑制水稻内源蜡质蛋白的表达是目前蜡质基因应用研究的主要方向。关于蜡质基因的研究,在其它作物中也都有报道。     

UV-B辐射增强对拟南芥表皮蜡质的影响

以野生型拟南芥、蜡质不同程度缺失突变体CER1、CER3、CER4、CER6、CER10、CER20及KCS1为试验材料,通过施加50μW/cm2、长达10 d的UV-B辐射,研究了拟南芥表皮蜡质晶体结构、组分及蜡质基因对UV-B辐射的响应机制。结果表明:UVB辐射增强改变了拟南芥表皮蜡质晶体结构,表皮蜡质松针状(CER1)、柱状、杆状(CER3、CER10与KCS1)晶体结构显著减少,球状蜡质晶体类型出现在CER6表面,无规则片状、膜状结构覆盖在KCS1与CER10茎表面。野生型拟南芥蜡质晶体结构类型无明显变化,但在部分区域积累了大量水平杆状、管状结构,增加了蜡质层厚度。UV-B辐射增强也改变了拟南芥表皮蜡质组分的分泌量。野生型在UV-B处理后一级醇、酸、醛含量显著上升,烷、次级醇及酮含量显著下降,蜡质总量增加不显著。一级醇含量的增加及酮和次级醇含量的减少在拟南芥各材料响应UV-B辐射中具有普遍性。UV-B辐射增强诱导了野生型CER3、CER4、KCS1基因表达的上调,其中CER4大量表达,促进了蜡质组分中一级醇、酸和醛含量的积累;CER1在UV-B处理后表达量下调,可能导致烷合成下游分支途径相关产物(烷类、次级醇及酮类)的减少。WIN1表达量的下调对蜡质总量没有显著影响。UV-B辐射增强使蜡质前体从烷合成分支途径更多地转向一级醇分支途径。     

植物角质层对非生物逆境胁迫响应研究进展

角质层,包括角质和蜡质,是主要由脂肪酸及其衍生物构成的覆盖在植物的外表面的高度疏水层,在植物生长发育过程中起到非常重要的保护屏障作用。除了在极端温度、干旱、高盐等多种非生物逆境胁迫下起到保护作用外,还能够保护植物内部组织免受细菌、真菌病原体的侵染。现就植物角质层的组成、合成途径以及与植物抗逆性,特别是与抗旱能力的关系方面的最新研究进展进行了综述。     

花生种皮蜡质和角质层与黄曲霉侵染和产毒的关系

黄曲霉侵染花生的研究表明,种皮破损的黄曲霉毒素含量显著高于种皮完整的,种皮对黄曲霉侵染和产毒起着重要屏障作用。采用氯仿去除种皮蜡质,用KOH或角质酶去除种皮角质层后,种子黄曲霉感染率和黄曲霉毒素含量显著提高。种皮蜡质和角质层同时去除的与种皮破损的黄曲霉感染率和毒素含量差异不显著,表明种皮的抗性成份主要是蜡质和角质层。种皮蜡质含量测定和种皮表面扫描电镜观察表明,蜡质的含量和角质层的厚度与品种的抗性有关。抗性品种种皮蜡质含量显著高于感病品种。种皮蜡质提取物在体外抑菌效果不显著。说明蜡质的抗性作用主要是物理性阻止黄曲霉菌的穿透。     

核盘菌侵染对拟南芥表皮蜡质结构及化学组成的影响

以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer4为试验材料,通过研究核盘菌胁迫对拟南芥茎表皮蜡质结构及组分含量的影响,揭示核盘菌侵染与表皮蜡质的关系。扫描电镜结果显示,野生型拟南芥蜡质晶体以垂直于表面的杆状、块状结构为主;突变体cer1晶体类型以水平的松针状、块状结构为主;突变体cer4蜡质晶体以垂直片层结构为主。核盘菌胁迫下,拟南芥蜡质晶体结构及分布形态发生变化。蜡质层结构在核盘菌胁迫下表现为:杆状、松针状蜡质晶体减少—蜡质晶体熔融—表皮"囊状凸起"—表皮膜层破裂。这些结构变化有利于病菌突破角质层屏障而侵入到植株体内。色质谱分析结果显示:与野生型相比,cer1突变体烷、次级醇、酮类显著减少;cer4突变体表现为一级醇含量减少。接种核盘菌后,野生型拟南芥与蜡质突变体一级醇类显著增加(cer1增加不显著);烷类、次级醇类、酮类含量与蜡质总量均显著减少,表明蜡质前体物质在受到核盘菌胁迫后更多地通过酰基还原途径生成一级醇,从而减少了由脱羰基途径所生成的蜡质组分。核盘菌通过改变表皮蜡质晶体结构与化学组分分泌量来促进侵染。     

植物表皮蜡质生物合成及调控

植物表皮蜡质,是覆盖在陆地植物地上部分表面的一层疏水性脂类物质,是植物应对外界环境变化的第一道屏障,在抑制植物水分非气孔散失及保护植物免受病虫害入侵、紫外线辐射等方面起着重要作用。综述了近年来表皮蜡质在生物合成及调控等方面的研究进展,并对研究中存在的问题及研究前景进行了展望。     

植物基因表达转录分析中内参基因的选择与应用

管家基因能够在生物体细胞中表达和不断地被转录,对于维持细胞功能发挥重要作用,并在细胞中组成型稳定表达。随着基因表达研究的深入,发现许多管家基因的表达也受到不同程度的调控。选择合适的管家基因作为内参对于准确定量分析目标基因的表达水平至关重要。通过对植物基因表达研究中常用的内参对照基因的表达特性,综述了可以筛选作为内参对照基因的标准和条件的验证。     

拟南芥中MATE基因家族的研究进展

多药和有毒化合物排出家族（Multidrug and Toxic Compound Extrusion, MATE）是一个新的次级转运蛋白家族,此类转运蛋白对氨基葡糖、阳离子染料、多种抗生素和药物有转运作用。拟南芥中的MATE基因家族是一个多基因家族,大概由56个成员构成,本文综述了拟南芥中MATE家族基因的研究进展,包括3个方面：第一是拟南芥中MATE家族成员的构成及主要特征;第二描述了转运蛋白的主要功能;第三分析了其功能多样的大致原因。此外,还展望了此家族研究的一些前景。     

植物类病变坏死突变体及其基因的研究进展

在植物中类病变坏死突变现象广泛存在,突变体植株在无病害侵染也未受逆境或损伤的条件下自发形成与病原物侵染后坏死类似的症状,它们与植物抗病及细胞程序化死亡相关,并可能增强系统抗病性。综述了几种植物的典型类病变坏死突变体及其基因的研究情况,探讨了其发生的机制并对今后的应用前景进行了展望。     

植物角质膜研究进展

植物的角质膜是植物与外界环境的交界面, 有利于植物减少蒸腾、抵抗紫外伤害和防止病虫害等。植物与外部环境相互作用的过程中, 其角质膜会构建自身的防御系统, 如通过自身结构、成分的改变及产生次生代谢产物来减轻外界不利环境因子的胁迫。因此, 植物角质膜与环境之间的密切关系对于植物生长有着重要意义。该文综述了植物角质膜的结构、成分、形成、功能及其与次生代谢和环境的关系, 同时对研究中存在的问题进行了讨论并展望了相关领域的研究前景。     

植物纤维素合成酶基因的研究进展

纤维素是植物细胞壁的主要成分。自然界中每年大约有1800亿吨的纤维素产物生成。纤维素的巨大经济价值使纤维素合成酶基因成为基因工程的热点之一。1996年, Delmer小组首次从植物中克隆出纤维素合成酶基因。近年来,在纤维素合成酶的结构、功能、定位和基因功能的研究方面成果斐然。本文概述了植物纤维素合成酶基因的研究进展。 Abstract:Cellulose is a major component in plant cell wall.About 180 billion tons of cellulose are produced per year in nature.The commercial importance of cellulose makes the genes coding it one of attractive targets for plant genetic engineering.A number of cellulose synthase genes have been first cloned from plant species by Delmer's group in 1996.Recently,research achievement has been obtained in accumulating to understanding the cellulose synthase function,location,and the gene function.The paper summarized the research progress of cellulose synthase genes in higher plants.     

拟南芥ASK基因研究进展拟南芥ASK基因研究进展拟南芥ASK基因研究进展拟南芥ASK基因研究进展拟南芥ASK基因研究进展

泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）是广泛存在于真核生物中的一种重要的蛋白降解系统。拟南芥ASK （Arabidopsis SKP1-LIKE）基因编码拟南芥E3连接酶SCF复合物的一个亚蛋白, 在拟南芥SCF复合物中起到连接器的作用。近年来, 人们对ASK基因及其同源基因进行了很多表达规律、基因功能方面的研究。本文从ASK基因表达方式、对生理发育过程的调节、与F-box相互作用及ASK基因的进化方式4个方面对这些进展进行总结。已有的研究结果表明, ASK基因在拟南芥中广泛地表达并表现出各自不同的表达水平和表达方式, 它们在很多发育和生理过程中起到重要作用。