植物蔗糖磷酸合成酶的生物信息学分析

本文采用生物信息学的方法对已在GenBank上注册的拟南芥、紫苜蓿、黑麦草、绿竹、文心兰等植物的蔗糖磷酸合成酶基因的核苷酸序列以及推导的氨基酸序列、组成成分、导肽、跨膜拓朴结构、疏水性／亲水性、蛋白质二级结构及功能域等进行分析预测和推断。结果表明：这些植物的蔗糖磷酸合成酶不存在导肽,为位于细胞质中非跨膜的亲水性不稳定蛋白,α-螺旋和不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,包含三个功能结构域。     

蔗糖磷酸合成酶研究的新进展

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是高等植物体内控制蔗糖合成的关键酶之一,它主要通过异构调节和磷酸化修饰在酶水平调节蔗糖合成。本文简要介绍SPS家族的成员、SPS蛋白上的3个磷酸化位点,以及SPS的生物学功能、SPS与磷酸蔗糖磷酸酶的关系等。     

菠菜叶片蔗糖磷酸合成酶的纯化

经硫酸铵分部沉淀,DEAE-纤维素(DE 52),Sepharose 6B和 AH—4B连续三次柱层析,得到纯化88倍电泳均一的菠菜叶片蔗糖磷酸合成酶。电泳分析该酶分子量为490 kD,是由八个分子量为60 kD的相同亚基组成的寡聚体,等电点为PI=4.l,其最适pH值为6.9。     

水稻叶片蔗糖磷酸合成酶的一些特性

水稻叶片粗提液经硫酸铰分部沉淀、DE 52纤维素及 Sephadex G—200柱层析,得到较纯的蔗糖磷酸合成酶。该酶的最适 PH约7.0;UTP,UDP,ATP能明显地抑制其酶活;UTP是该酶UDPG的竞争性抑制剂,Mg~( )对它有促进作用;G6P则无影响。酶的两个底物F6P及UDPG的饱和动力学曲线分别为双曲线型和S型;K_m(F6P)=0.93 mmol/L;K_m(UDPG)=20.0 mmol/L;V_m(F6P)=83.3 nmol Suc mg~(-1)Protein min~(-1);V_m(UDPG)=333 nmol Suc mg~(-1)protein min~(-1);Hill(F6P)=1.0,Hill(UDPG)=1.4。水稻叶片蔗糖磷酸合成酶的活性受 ATP,UTP,UDP,UDPG等因素的调节。水稻叶片中蔗糖合成酶的总活力大于或等于蔗糖磷酸合成酶。     

玉米蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因的克隆及表达载体的构建

利用RT-PCR方法从玉米幼苗叶片总RNA中克隆出玉米的蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因的全长cDNA片段。该片段与文献报道的序列具有99%的同源性。并分别构建了以双CaMV35S为启动子,以Tnos为终止子的植物双元表达载体PBISPS和以Pcab为启动子,以T35S为终止子的植物表达载体PBSPS,其中PBISPS含有NPTⅡ选择标记基因,PBSPS不含选择标记基因。     

蔗糖磷酸合成酶(SPS)与果实品质及成熟衰老的研究进展

从蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase,SPS）基本性质、SPS与果实糖的积累、相关酶类和外源刺激、乙烯和呼吸、果实软化的火系及SPS基因的克隆与表达调控等几方面综述了国内外近年来对SPS的研究进展。     

菠菜叶片蔗糖磷酸合成酶的调节

电泳均一的菠菜叶片蔗糖磷酸合成酶的活力受G6P,Mg~(2 ),Mn~(2 )的调节;G6P对此酶的促进作用在F6P浓度较低时表现得比较明显;此酶对Mn~(2 )较对Mg~(2 )敏感,Mg~(2 ),Mn~(2 )对此酶的促进作用可被EDTA解除。底物F6P的饱和曲线为S型,底物UDPG的饱和曲线为双曲线型。NADP是此酶的负效应剂,NADP对F6P表现为混合型抑制,使V_m(F6P)降低和K_m(F6P)增大,3mmol/L NADP使F6P的K_m值从2.5mmol/L上升至3.8mmol/L,但不影响希尔系数,n=1.3。NADP对UDPG表现为K_m不变的非竞争性抑制,K_m(UDPG)=3.8mmol/L。     

枸杞蔗糖磷酸合成酶基因的克隆及组织表达分析

利用RT-PCR及RACE技术,从药用植物枸杞中克隆了1个编码蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因的全长cDNA,命名为LbSPS(GenBank登录号KC834608)。序列分析表明:LbSPS基因长3 677bp,开放阅读框为3 165bp,编码1 033个氨基酸,分子量为118.457 5kD,理论等电点6.05。系统进化分析显示,LbSPS编码的氨基酸序列与甜瓜、马铃薯、番茄等蔗糖磷酸合成酶基因编码氨基酸序列一致性为66%~98%。qRT-PCR分析显示,LbSPS基因在枸杞花中表达量最高,叶中表达水平较低。该研究为进一步了解LbSPS在枸杞生长发育、逆境胁迫等过程中的生物学功能奠定了基础。     

铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与原核表达

应用同源序列克隆法克隆了铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因cDNA全长,并进行了原核表达分析,为进一步研究该基因的时空表达、功能分析及多糖合成机理提供理论依据。结果表明:(1)铁皮石斛SPS基因cDNA全长3 502bp,编码区3 186bp,GenBank登录号JF423929。该基因编码1 061个氨基酸,与文心兰的SPS基因氨基酸序列的一致性最高为93%,与其他科植物SPS基因的氨基酸序列的一致性均高于60%。(2)原核诱导表达结果显示,SPS基因在大肠杆菌中的重组蛋白分子质量约为118.7kD,其表达与序列分析推测的结论一致。(3)生物信息学分析表明,铁皮石斛SPS基因的二级结构包括了螺旋、β-折叠和无规则卷曲,是非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,有2个功能结构域,分别是蔗糖合成功能域及糖基转移功能域。     

Hormonal Control of Sucrose Phosphate Synthase and Sucrose Synthase in Sugar Beet

We studied the effects of synthetic analogs of phytohormones (benzyladenine, IAA, and GA) on the activities of the enzymes catalyzing sucrose synthesis and metabolism, sucrose phosphate synthase (SPS, EC 2.4.1.14) and sucrose synthase (SS, EC 2.4.1.13), and on the content of chlorophyll and protein during the sugar-beet (Beta vulgaris L.) ontogeny. Plant spraying with phytohormonal preparations activated SPS in leaves; direct interaction between phytohormones and the enzyme also increased its activity. The degree of this activation differed during the ontogeny and in dependence on the compound used for treatment. Analogs of phytohormones maintained high protein level in leaves, retarded chlorophyll breakdown, and, thus, prolonged leaf functional activity during development. Phytohormonal preparations practically did not affect the SS activity both after plant treatment and at their direct interaction with the enzyme. It is supposed that the SS activity in sugar-beet roots is controlled by sucrose synthesized in leaves rather than by phytohormones. The effects of hormones on leaf metabolism were mainly manifested in growth activation.     

植物蔗糖合成的分子机制

高等植物中,光合同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库运输的。近十几年来,随着生物技术的发展,许多与碳水同化产物代谢有关的基因已经被分离,同时多种植物遗传转化体系的建立使在植物中改变基因活性成为现实,对转基因植株的生理生化分析进一步增加了植物中对碳水同化产物合成、分配、运输以及利用等方面的认识。本文就CO2固定,同化产物分配,蔗糖合成三个方面介绍近年来利用基因工程对植物源活性调控及改善的研究进展。     

苹果中磷酸蔗糖合酶家族基因的表达特性及其与蔗糖含量的关系

磷酸蔗糖合酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是植物中蔗糖合成的主要限速酶,影响植物的生长发育和果实中蔗糖的含量。为探明苹果中SPS基因家族特性及其在蔗糖合成中的作用,该研究从苹果基因组中分离了MdSPS家族基因,分析了它们的进化关系以及mRNA表达特性与酶活性和蔗糖含量的关系。结果显示:(1)在苹果基因组中有8个SPS家族基因表达,它们分别属于双子叶植物的3个SPS亚家族。(2)荧光定量PCR分析显示,苹果C类的MdSPS6基因和A类的MdSPS1a/b基因是苹果中表达丰度最高的SPS基因成员,其中MdSPS6在苹果成熟果中表达丰度最高,其次是成熟叶片,而MdSPS1a/b在不积累蔗糖的幼果中表达丰度最高。(3)在果实发育过程中,除MdSPS1a/b之外,其它5个苹果MdSPS家族基因均随果实的生长表达丰度增加,与SPS活性和蔗糖含量明显呈正相关关系。研究表明,C类家族MdSPS6是苹果果实发育后期和叶片中蔗糖合成的主要SPS基因。     

巴西橡胶树两个蔗糖合成酶基因的克隆和表达分析

为了解蔗糖合成酶在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)生长和发育过程中的功能,利用RACE技术从巴西橡胶树中克隆了蔗糖合成酶基因,并对基因的表达特征进行了分析。结果表明,从巴西橡胶树中克隆了两个蔗糖合成酶基因(HbSS1和HbSS2),HbSS1全长2864 bp,编码806个氨基酸;HbSS2全长2815 bp,编码811个氨基酸。两个基因编码的蛋白具有典型的植物蔗糖合成酶结构特征,包含1个磷酸化位点和两个保守的功能域。半定量RT-PCR分析表明,HbSS1和HbSS2在各组织器官中均有表达,其中HbSS1在叶中的表达量最高,HbSS2在树皮中的表达量最高,这说明HbSS1和HbSS2可能参与了各组织的生长和代谢过程,且功能有所分化。     

Sucrose Phosphate Synthase Genes in Plants Belong to Three Different Families

We present phylogenetic analyses to demonstrate that there are three families of sucrose phosphate synthase (SPS) genes present in higher plants. Two data sets were examined, one consisting of full-length proteins and a second larger set that covered a highly conserved region including the 14-3-3 binding region and the UDPGlu active site. Analysis of both datasets showed a well supported separation of known genes into three families, designated A, B, and C. The genomic sequences of Arabidopsis thaliana include a member in each family: two genes on chromosome 5 belong to Family A, one gene on chromosome 1 to Family B, and one gene on chromosome 4 to Family C. Each of three Citrus genes belong to one of the three families. Intron/exon organization of the four Arabidopsis genes differed according to phylogenetic analysis, with members of the same family from different species having similar genomic organization of their SPS genes. The two Family A genes on Arabidopsis chromosome 5 appear to be due to a recent duplication. Analysis of published literature and ESTs indicated that functional differentiation of the families was not obvious, although B family members appear not to be expressed in roots. B family genes were cloned from two Actinidia species and southern analysis indicated the presence of a single gene family, which contrasts to the multiple members of Family A in Actinidia. Only two family C genes have been reported to date. Received: 17 April 2001 / Accepted: 27 August 2001     

蓝光和蔗糖对拟南芥花色素苷积累和CHS基因表达的影响

以在20μmol m^-2s^-1白光下生长13d的拟南芥(Arabidopsis thaliana,Landsbcrg生态型)幼苗为材料,采用测定叶片花色素苷含量和Northern blot方法,研究蓝光与蔗糖在诱导植物花色素苷积累及相关基因表达中的作用。结果表明：蓝光处理后,叶片花色素苷积累随光强和照光时间的延长而增加,突变体hy4叶片的花色素苷含量明显低于野生型(WT),说明隐花色素1(cry1)是蓝光诱导花色素苷积累的主要光受体：WT中苯基苯乙烯酮合酶基因(CHS)的表达受蓝光诱导,处理4h即有表达,8h达到最高,之后逐渐下降;蓝光不能诱导突变体hy4中CHS基因的表达,说明cry1介导蓝光诱导CHS基因的表达。培养基中不含蔗糖,削弱了蓝光诱导的拟南芥叶片花色素苷的积累,CHS基因表达也受到抑制。蔗糖不仅作为碳源参与蓝光诱导的花色素苷积累,还可能作为信号分子参与蓝光诱导的CHS表达。