不同生长温度对烟草叶片黄酮类化合物含量及其代谢途径的调控

本研究以生长在3个不同温度(均温18.5℃,均温23.5℃,均温28.5℃)人工气候室中的"云烟87"为材料,运用液相色谱质谱联用法、分光光度法和荧光定量PCR法,研究了不同生长温度对烟叶生长发育过程中黄酮类化合物芸香苷和山奈酚-3-O-芸香苷含量、代谢相关酶活性及相关基因表达的影响。结果表明:随着烟草叶片的生长发育,黄酮类化合物代谢相关基因表达呈先降低后升高的趋势,从而调控了黄酮类化合物代谢相关酶活性的变化趋势为先降低后升高,使得黄酮类化合物中的芸香苷含量变化趋势为先降低后升高,山奈酚-3-O-芸香苷的含量则呈逐渐降低的趋势。此外,与生长在较高生长温度(均温23.5℃和均温28.5℃)下的叶片相比,较低生长温度(均温18.5℃)上调了烟草叶片类黄酮代谢相关基因PAL、C4H、4CL、CHS、F3H、F3'H和FLS的基因表达,提高了类黄酮代谢关键酶PAL、C4H、4CL和CHI的活性,促进了黄酮类化合物芸香苷和山奈酚-3-O-芸香苷的积累(p0.05),表明较低的生长温度(均温18.5℃)有利于黄酮类化合物在烟草叶片中的积累。     

茶树芽叶紫化的生理生化分析及其关键酶基因的表达

从生理生化和分子水平方面比较了茶树紫化芽叶与成熟绿色叶片的差异。结果表明,紫色幼嫩新梢中茶多酚、儿茶素总量、咖啡碱含量高于成熟绿色叶片,差异达到极显著。光合色素中,成熟绿叶样品中叶绿素及叶绿素a、b的含量、类胡萝卜素的含量极显著高于幼嫩紫叶样品,花青素含量极显著低于幼嫩紫叶;在研究的9个花青素合成途径关键酶基因中,实时荧光定量PCR分析表明,PAL、C4H、CHS、CHI、F3H、F3'H、F3'5'H、DFR和ANS在幼嫩紫叶中均呈上调表达,从而促进花青素的合成,使芽叶呈现紫色。     

花青素生物合成关键酶的研究进展

花青素是植物花呈现不同色彩的物质基础,其生物合成途径主要受到查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、类黄酮3'-羟化酶(F3'H)、类黄酮3’,5’-羟化酶(F3'5'H)、二羟基黄酮醇还原酶(DFR)、花色素苷合成酶(ANS)以及类黄酮3-O-糖基转移酶(UFGT)等关键酶的控制.主要介绍花青苷生物合成途径、关键酶晶体结构及利用基因工程改造花色的研究进展,讨论目前花色改造存在的问题,并对今后的研究前景进行展望.     

两种氮素形态对药用植物三叶青中黄酮类活性成分积累的影响及相关分子机制的初步探讨

以珍稀濒危药用植物三叶青（Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg）为材料,通过遮荫条件下（30%自然光）的盆栽试验,研究了硝态氮（NO₃^--N）和铵态氮（NH₄⁺-N）两种不同氮素形态对其根和叶中黄酮类活性成分含量的影响并探讨其机制。结果表明：NO₃^--N处理后的三叶青叶中原花青素B1、芦丁、山柰酚-3-O-芸香糖苷、槲皮素、异槲皮苷、山柰酚的含量比NH₄⁺-N处理的高;其根中的原花青素B1、芦丁、山柰酚-3-O-芸香糖苷、槲皮素、异槲皮苷、山柰酚的含量比NH₄⁺-N处理的高。进一步的研究发现NO₃^--N处理过的三叶青其根、叶中与黄酮类化合物合成相关的酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合成酶（CHS）转录与表达水平高于NH₄⁺-N处理的三叶青。此外,NO₃^--N处理的三叶青叶、根中的PAL和CHS酶活性也高于NH₄⁺-N处理。利用PAL特异性抑制剂AOA处理后,AOA能显著抑制PAL酶活性（P<0.05）并导致黄酮类成分含量极显著下降（P<0.01）。综上所述,施用NO₃^--N更有益于三叶青黄酮类化合物的生物合成,其主要是通过增加PAL代谢途径关键酶的基因表达量进而提高其酶活性来增强黄酮类化合物的合成。     

不同红梨果皮类黄酮合成基因表达模式分析

采用半定量和荧光定量PCR方法,分析10个类黄酮合成基因在梨品种‘红星’和‘满天红’成熟果皮中的转录特性以及光照对基因表达的影响.结果表明:‘满天红’花色苷合成上游基因(CHS、CHI)的表达量高于‘红星',而下游基因(F3H、DFR、ANS)以及黄酮醇(FLS)和原花色素(LAR、ANR)合成相关基因的表达量却正好相反.套袋去除光照可使所有被检测基因的转录水平降低,F3GT和FLS最明显,表达量差异达20～30倍以上,且套袋‘红星’中PAL、F3H、DFR、ANS、LAR、ANR基因的表达量仍高于不套袋‘满天红’.研究认为,花色苷合成下游基因转录水平的差异是2个红色梨品种间着色不同的主要原因,而F3GT是光照调控‘红星’着色的关键基因.     

2个石榴品种果皮花色苷合成相关基因表达分析

以2个不同红色石榴品种‘红宝石’和‘墨石榴’为试验材料,采用荧光定量PCR方法,分析花色苷合成相关基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、UFGT等6个基因在果实发育过程中的转录表达特性,同时分析基因表达量与果皮花色苷积累的关系。结果表明:(1)在整个果实发育期内‘墨石榴’花色苷含量明显高于‘红宝石’;随着果实的发育,‘红宝石’果皮中总花色苷含量不断增加,而‘墨石榴’中总花色苷含量初期很高,随后迅速下降,后期维持在较低水平。(2)‘红宝石’中CHS、CHI、F3H、DFR、UFGT等5个基因均在果实发育的早期和晚期出现2个表达高峰,而ANS基因的表达量在整个果实发育期内不断升高;在‘墨石榴’中CHS、CHI、F3H、DFR、ANS等5个基因的表达高峰均出现在早期,随着果实的发育表达量均呈下降变化趋势,但UFGT基因在中期时表达量最高。(3)‘红宝石’石榴的ANS基因表达量与总花色苷含量呈显著正相关,‘墨石榴’中CHS和ANS基因的表达水平与总花色苷含量显著相关。研究认为,花色苷合成相关基因的初期和末期表达差异是2个石榴品种着色差异的主要原因,ANS在‘红宝石’着色中起关键作用,CHS和ANS可能在‘墨石榴’花色苷积累中起重要作用。     

白背三七大孔树脂富集物化学成分及抗氧化活性研究

本文采用HPLC-ESI-MS分析白背三七醇提液经HPD-100树脂富集分离后的黄酮类化合物,并采用化学和生物模型对富集物的抗氧化活性进行研究.实验结果表明该富集物主要黄酮成分为槲皮素和山奈酚的糖苷类化合物,且以山奈酚-3 -O-β-D-葡萄糖苷的含量最高;白背三七醇提液经富集后总黄酮含量提高了6倍.在试验模型中,除螯合能力外,富集后产物抗氧化能力较富集前均有显著提高,说明黄酮类化合物是白背三七抗氧化活性的主要物质基础.     

油橄榄类黄酮生物合成相关酶的研究进展

类黄酮是酚类代谢物的一大亚组,其生物合成属于苯丙素代谢途径的分支,它们广泛分布在整个植物界。不仅在植物中有极其重要的生理、生化和生态功能,而且对动物的生物活性及提供营养等方面做出重要贡献。油橄榄叶、果实、根都富含类黄酮,具有重要研究价值。本研究综述了油橄榄类黄酮生物合成途径相关酶(CHI,CHS,F3H,DFR,FLS,FNSI,LAR,F3'H,F3',5'H)的底物特异性和功能性区域,分析总结了编码这些酶的基因在不同物种间的序列相似性和在不同组织的表达特异性。这对深入研究植物类黄酮生物合成相关酶的结构和功能,基因的克隆、表达和调控以及对油橄榄类黄酮生物合成途径相关酶的研究具有参考价值。     

Zn、B配施对鸡血藤黄酮类化合物积累的影响

为探讨Zn、B配施对鸡血藤(Spatholobus suberectus)黄酮类化合物积累的影响,采用营养液叶面喷施,对其总黄酮含量、可溶性蛋白质和PAL活性的变化进行研究。结果表明,Zn、B配施的鸡血藤总黄酮含量、可溶性蛋白质含量、PAL活性增加,其中施用50 mg L–1 Zn SO4+10 mg L–1 Na_2B_4O_7·10H_2O鸡血藤的可溶性蛋白质含量最高,达0.89%;施用25 mg L–1Zn SO4+50 mg L–1 Na2B4O7·10H2O鸡血藤的总黄酮含量和PAL活性最高,分别为4.65%、29.47 U g–1min–1。因此,合理配施Zn、B能促进鸡血藤黄酮类化合物的积累。     

操纵茶树类黄酮3′-羟基化酶生物合成B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物

【目的】操纵茶树类黄酮3′-羟基化酶,生物合成B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物圣草酚、二氢槲皮素和槲皮素。【方法】构建了4个茶树类黄酮3′-羟基化酶基因(CsF3′H)和拟南芥的P450还原酶基因(ATR)融合表达质粒:SUMO-CsF3'H[7-517]::ATR1[49-688]3 AA、SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR1[49-688]3 AA、SUMO-CsF3'H[7-517]::ATR2[75-711]3 AA和SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR2[75-711]3 AA,分别转化大肠杆菌菌株TOP10、DH5α和BL21,获得12个转化菌株S1–S12;构建了茶树类黄酮3′-羟基化酶基因CsF3′H表达质粒p YES-Dest52-CsF3′H,转化酵母菌株WAT11,得到转化菌株S13;构建了茶树类黄酮3′-羟基化酶基因CsF3′H表达质粒pES-URA-CsF3′H,及茶树黄烷酮3-羟基化酶基因CsF3H与拟南芥黄酮醇合成酶基因At FLS的融合表达质粒pES-HIS-CsF3H::At FLS 9AA,二者共转化酵母菌株WAT11,获得转化菌株S14。【结果】转化SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR1[49-688]3 AA质粒的TOP10菌株S6在25°C条件下发酵,转化效率最高,能将1000μmol/L柚皮素、二氢山奈酚和山奈酚,分别转化生成287.93μmol/L圣草酚、131.76μmol/L二氢槲皮素和188.62μmol/L槲皮素。发酵菌株S13能分别将1000μmol/L柚皮素、二氢山奈酚和山奈酚,最多能转化生成734.32μmol/L圣草酚、446.07μmol/L二氢槲皮素和594.64μmol/L槲皮素。喂食S14发酵菌株5 mmol/L的底物柚皮素,在发酵36–48 h中,最多能生成1412.16μmol/L圣草酚、490.25μmol/L山奈酚、445.75μmol/L槲皮素、66.75μmol/L二氢槲皮素和73.50μmol/L二氢山奈酚。【结论】本研究首次将茶树类黄酮3′-羟基化酶基因应用于B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物圣草酚、二氢槲皮素和槲皮素的生物合成。     

利用cDNA微阵列分离津田芜菁花青素生物合成相关基因

花色素苷是植物的重要次生代谢产物, 在植物体内行使多种生理功能。利用UV-A处理48 h后津田芜菁块根变红, 以黑暗处理条件下的白色块根为对照, 与削减文库特异基因片段制备的cDNA微阵列进行杂交。UV-A处理条件下津田芜菁中表达上调的基因为81个, 表达下调的基因为47个, 表达上调的基因中包括与花青素生物合成直接相关的基因片段cytochrome P450, PAL, F3H, ANS, CHS, DFR和GST等。Northern杂交结果显示, UV-A处理48 h的津田芜菁试材中, PAL、CHS、F3H、DFR和ANS基因的表达量明显高于黑暗条件下白色块根中这些基因的表达量, 进一步验证了芯片杂交结果的可靠性。     

硝酸银对‘凤丹’牡丹愈伤组织褐变过程中酚类物质合成及相关基因表达的影响

以‘凤丹’牡丹的组培苗为材料,在含有0-5.0 mg/L硝酸银的基础培养基中进行培养后,通过测量总酚含量、单体酚种类及其含量的变化和相关基因的表达情况,确定不同浓度的硝酸银对抑制愈伤组织褐化的作用。结果表明,培养基中加入硝酸银能够抑制相关基因的表达,明显降低愈伤组织中多酚类物质的含量进而减轻植物组织褐变程度,其中2.0 mg/L的综合效果最好;硝酸银对组培苗褐变过程中产生影响的单体酚有绿原酸、芦丁、香豆酸、对香豆酸、表儿茶素、二氢槲皮素;硝酸银处理后的的愈伤组织中,转录因子MYB2、WD40-1、WD40-2与结构基因苯丙氨酸解氨酶(PAL)、黄烷酮醇还原酶(DFR)、查耳酮合酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、3-二氢黄酮羟化酶(F3H)、黄酮醇3'-羟化酶(F3'H)的表达量与褐变等级和总酚含量之间存在显著的相关性(P0.05)。     

水母雪莲红色细胞系类黄酮含量和相关基因表达

水母雪莲为中国传统名贵中药,具有散寒除湿、活血通经、抗炎、镇痛等功效,其主要药用成分为类黄酮化合物。以水母雪莲白色系愈伤组织和经低温、高糖、强光诱导得到的红色系为材料,比较不同细胞系中类黄酮活性成分、结构基因和转录因子表达的差异。结果表明,红色系中总黄酮含量为白色系的3.60倍;重要的药用成分为芦丁,其含量达到干重的0.25%,是白色系的2.40倍;红色系中花青苷含量极高,矢车菊素3-O-己糖苷和矢车菊素3-O-琥珀酰己糖苷的含量分别达到干重的0.12%和0.19%;红色系中CHS、F3'H、FNS、FLS、DFR和ANS基因的表达均明显高于白色系;红色系中转录因子MYB、bHLH和WD40的表达也均明显高于白色系,其中MYB的表达量为白色系的19.70倍,说明红色系中转录因子的高水平表达增强了结构基因的表达,进而提高了类黄酮的合成。红色系中bHLH和WD40表达水平相似,而与MYB的表达水平相差很大,推测可能在水母雪莲中bHLH和WD40两种转录因子形成二元复合体后,和MYB共同调控类黄酮合成途径中结构基因的表达。     

青海油菜蜂花粉黄酮类化合物含量的研究

采用正交试验设计,研究了青海油菜蜂花粉中黄酮类化合物的最佳提取条件,分别采用HPLC法和比色法测定了黄酮类化合物的含量。最佳提取条件是选用95％的乙醇作为溶剂,以10倍总量的乙醇用量,水浴热回流提取。以槲皮素、山奈酚、异鼠李素为对照品,采用HPLC法,测定出黄酮类化合物平均含量为3．194％;以芦丁为对照物,采用比色法,测定出总黄酮平均含量为3．70％。     

葡萄‘霞多丽’果实中黄烷-3-醇合成酶活性及其相关基因表达北大核心CSCD

为探究酿酒葡萄果实中黄烷-3-醇积累规律与合成相关酶、关键基因表达的关系,该研究以贺兰山东麓主栽酿酒白葡萄品种‘霞多丽’为材料,采用比色法、高效液相色谱(HPLC)和荧光定量PCR技术,分析葡萄果实发育过程中黄烷-3-醇单体物质的积累规律及其生物合成过程中相关酶活性、相关基因表达模式的变化。结果表明:(1)在‘霞多丽’果实整个发育期,黄烷-3-醇主要单体物质没食子儿茶素(GC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)含量远高于儿茶素(CAT)、表儿茶素(EC)含量,且ECG、EC含量均随果实发育期进程呈先升后降变化趋势,并于花后50 d(7月13日)达最大值,分别为47.69和42.73 mg/g,而GC、CAT的含量则呈先降低后升高,后随果实成熟逐渐降低的变化趋势。(2)葡萄果实中黄烷-3-醇生物合成相关酶PAL和ANS活性随果实发育期进程呈先升高后降低的变化趋势,F3H、F3′H、CHI活性均在花后20 d(6月13)出现峰值,而后活性迅速降低,而DFR活性呈先升高后降低,并于花后50 d(7月13)再次升高,后随果实成熟逐渐降低。(3)黄烷-3-醇生物合成相关结构基因PAL、ANS的表达水平随果实发育期进程呈先上调后下调的趋势,与ECG、EC含量变化趋势一致,F3′H、F3H、CHI的表达水平却呈先下调后上调的趋势,DFR的表达水平先上调而后下调,并随果实成熟再次上调。(4)相关性分析表明,F3H、F3′H和ANS酶活性与GC含量呈显著正相关关系;F3H、F3′H基因表达与GC、CAT的含量呈正相关关系,ANS、PAL基因表达与ECG、GC的含量呈正相关关系。研究发现,黄烷-3-醇生物合成相关酶和相关基因表达影响了葡萄果实中黄烷-3-醇类化合物含量的积累,从而进一步影响葡萄酒的感官品质。     

干旱胁迫对紫花苜蓿黄酮类化合物含量及其合成途径关键酶活性的影响

以3个紫花苜蓿(Medicago sativa)品种为试验材料,利用不同浓度(0、5%、10%、15％、20%、25%)的PEG 6000溶液模拟干旱胁迫,探究干旱胁迫对不同品种紫花苜蓿黄酮类化合物合成上游3个关键酶活性以及黄酮类化合物含量的影响。结果表明：(1)随着PEG 6000胁迫浓度的增加,3种紫花苜蓿叶片中PAL(苯丙氨酸解氨酶)、C4H(肉桂酸 4 羟基化酶)和4CL(4 香豆酸辅酶A连接酶)活性均呈先升高后降低的趋势,但不同酶类之间响应存在差异,即PAL活性在10% PEG 6000胁迫浓度下最高,C4H和4CL活性则在15% PEG 6000胁迫浓度下最高,且均显著高于相应对照。(2)3种紫花苜蓿植株地上部总黄酮含量和8种黄酮类化合物含量均随着PEG 6000胁迫浓度的增加呈先上升后下降的趋势,且均在10%~15% PEG 6000胁迫浓度时达到最高值,并显著高于相应对照。(3)各品种紫花苜蓿叶片黄酮类化合物含量与其关键酶活性呈不同程度的相关性,即紫花苜蓿黄酮类化合物合成途径上游3个关键酶活性与其地上部黄酮类化合物含量存在密切的关系。研究认为,不同程度的干旱胁迫可以通过促进黄酮类化合物合成途径上游关键酶活性的变化来调节紫花苜蓿植株中黄酮类化合物的合成,且适度干旱胁迫能显著促进相关酶活性增强和黄酮类化合物含量增加。     

‘脆红李’果实发育过程中花色苷含量及相关基因表达分析

花色苷是一类重要的色素,对李红色的形成必不可少。本研究以‘脆红李’为试材,研究了果实发育过程中叶绿素含量、总花色苷含量及果皮主要花色苷组分和含量的变化规律,并分析了Ps PAL、Ps CHS、Ps CHI、Ps F3H、Ps DFR、Ps ANS和Ps UFGT基因在果实不同发育阶段的表达规律。结果表明,随着‘脆红李’果实的生长发育,果皮和果肉中总叶绿素含量呈逐渐下降的趋势;‘脆红李’果肉中不含花色苷,果皮中的花色苷在转色期才开始积累,成熟时达到最大值,为404.37μg/(g·FW),并以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-芸香糖苷为主;花色苷合成相关基因在‘脆红李’不同生长发育时期的果皮和果肉中有着特异性的表达,但只有Ps PAL和Ps UFGT基因的转录水平与花色苷含量的正相关性达到极显著水平,表明这两个基因对‘脆红李’果实的着色有着异常重要的调控作用。     

不同施氮水平对烟草叶片游离氨基酸含量及脯氨酸和苯丙氨酸代谢的影响

人工施氮量是影响烟叶中游离氨基酸含量的重要因素,而后者很大程度上影响着烟叶的品质和风味。为了解不同施氮量对烟叶中游离氨基酸含量的影响,在大田条件下通过设置施氮量为60 kg/hm~2、90 kg/hm~2和120 kg/hm~2 3个施氮水平进行处理,用分光光度法和气相色谱-质谱联用法分析,研究了不同施氮水平对游离氨基酸含量以及脯氨酸和苯丙氨酸代谢关键酶及其基因表达的影响。结果表明,随施氮水平的不同,烟叶中总游离氨基酸、脯氨酸和苯丙氨酸含量随施氮水平增加而增高;而亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸和4-氨基丁酸含量在施氮水平为60 kg/hm~2时最高。脯氨酸代谢相关酶和苯丙氨酸代谢相关酶活性均随施氮水平升高而增强,其基因相对表达量也随之上调。上述研究结果表明施氮水平可显著影响烟叶中游离氨基酸含量、种类及其代谢过程。     

花青素代谢途径与植物颜色变异

花青素是种子植物呈色的重要色素, 由一系列结构基因编码的酶(CHS、CHI、F3H、F3'H、F3'5'H、DFR、ANS和3GT)催化而成, 随后经过各种修饰被转运至液泡等部位储存。各类器官中差异表达的MYB、bHLH和WDR三种调控因子通过形成MBW复合体直接正调控以上结构基因的表达。这个过程涉及的基因变异常会导致植物的各种颜色变异。在生活中人们广泛利用这些变异品种, 取其丰富色味。造成颜色变异的具体分子机制在很多情况下还不清楚, 但日益积累的个例研究为其中的规律性提供了基础数据。该文概述了花青素的合成、转运过程及其转录调控机制, 探讨了研究颜色变异品种的常用思路及方法。在总结近年工作的基础上, 对生活中常见蔬菜、水果和花卉的颜色变异品种的分子机制进行了综述。     

柚皮素合成关键基因表达水平对目标产物积累水平的量化影响

柚皮素是一种天然黄酮类化合物,具有抗炎、抗氧化、抗病毒、预防动脉粥样硬化等多种药理活性,也是其他黄酮类化合物合成的重要前体,具有重要的应用价值。目前,微生物法生产柚皮素等黄酮类化合物由于代谢通路不平衡等原因导致产量较低,在很大程度上限制了其工业应用。文中以一株产柚皮素的酿酒酵母菌株Y-01为研究对象,利用启动子和拷贝数控制柚皮素合成代谢途径关键酶4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)和查尔酮异构酶(CHI)编码基因的表达水平,考察这些基因的表达水平对目标产物积累水平的量化影响。结果表明,柚皮素产量与4CL或CHI编码基因的表达量之间关联性较低,而与chs基因的表达量存在显著的正相关性。通过调控chs基因的表达水平,获得一株高产柚皮素的酿酒酵母工程菌株Y-04,产量较出发菌株Y-01提高了4.1倍。研究结果表明,CHS是柚皮素合成过程的关键调控靶点,合理调控CHS表达可以显著促进酿酒酵母积累柚皮素。相关结果为采用代谢工程强化微生物合成柚皮素等重要黄酮类化合物提供了重要的理论参考。