毛白杨4CL基因启动子的克隆及初步功能分析

4CL(4-coumarate:CoA ligase,4-香豆酸:辅酶A连接酶)在植物木质素合成途径中催化羟基香豆酸生成羟基肉桂酰CoA,主要在木质部中表达,对植物木质素生物合成具重要调控作用.为研究4CL基因启动子在转基因植物中的表达特性,探索其在植物基因工程研究中的潜在应用价值,利用PCR方法从毛白杨基因组DNA中扩增得到了4CL启动子片段.序列分析表明与美洲山杨(P.tremuloids)的4CL启动子同源性为95%.采用生物信息学方法对该序列进行分析.与GUS基因融合构建双元表达载体,转化烟草的瞬时表达检测可见明显GUS活性.     

真菌绿原酸的生物合成途径解析及调控策略

绿原酸具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒等生物学功能。为提高真菌中绿原酸的生物合成量,实现真菌的提质增效,本文综合分析植物与真菌绿原酸的生物合成过程及其异同,绘制了绿原酸的生物合成途径;比较目前提高绿原酸合成量的方法,发现逆环境胁迫是积累绿原酸的关键。在培养真菌的过程中,可通过UV-B处理、增加光照强度、适当的光照时长、蓝光照射、低温胁迫、干旱胁迫等物理处理来调控其生长代谢,或者施加外源激素或转录因子刺激绿原酸生物合成途径中关键调节酶的过量表达,如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酰辅酶A连接酶(4CL)、莽草酸/奎宁酸羟基肉桂酰基转移酶(HCT)及羟基化肉桂酰转移酶(C3H)等,这些酶的过表达可增加绿原酸生物合成途径的流通量,进而提高真菌中绿原酸的含量。     

重组毛白杨4-香豆酸:辅酶A连接酶催化不同肉桂酸衍生物的酶促动力学研究

4-香豆酸:辅酶A连接酶是杨树木质素合成途径的关键酶之一,催化维管植物木质素合成羟基肉桂酸及其衍生物辅酶A酯化合物的形成.对毛白杨的重组Pt4CL1蛋白的不同肉桂酸衍生物底物的酶促动力学进行了分析,Pt4CL1对肉桂酸、4-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸具有催化活性,其中的4-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸,Km(μM)值分别为55.02±3.5、52.94±6、44.62±4,Vmax(nM.S-1)值分别为4.23±0.27、4.12±0.11、2.16±0.07;4-香豆酸,咖啡酸,阿魏酸的Kcat(S-1)值分别为44.73×10-3、43.57×10-3、7.61×10-3;对4-香豆酸,咖啡酸,阿魏酸的Kenz(M-1.S-1)值分别为823、812.98、170.55.Pt4CL1对肉桂酸的催化能力很弱,而对芥子酸没有催化活性.结果表明,Pt4CL1对4-香豆酸的催化效率最高,对咖啡酸的催化效率略低于4-香豆酸,而对阿魏酸的催化效率最低,对咖啡酸的催化效率略有很高的转化效率.     

Co2+对红霉素生物合成过程的影响

研究了红霉素生物合成过程中糖代谢相关的关键酶:己糖激酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、磷酸果糖激酶和异柠檬酸脱氢酶,以及合成红霉内酯环前体甲基丙二酰CoA相关的酶:甲基丙二酰CoA异构酶和甲基丙二酰CoA羧基转移酶的时序变化,并测定了过程中有机酸的含量变化。实验表明:Co2 能大幅提高红霉素效价。这可能与Co2 能明显提高甲基丙二酰CoA异构酶与甲基丙二酰CoA羧基转移酶的比活,并在一定程度上促进糖代谢有关。     

植物4CL基因家族结构功能与表达特性研究进展

4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）是植物苯丙烷衍生物,如类黄酮和木质素等,生物合成途径的一种关键酶,在大多数维管植物中4CL基因以基因家族的形式出现.4CL基因家族成员在植物组织中存在差异表达,并参与不同的苯丙烷类衍生物的生物合成.从4CL酶的基因结构、基因家族组成与表达特性等方面详细论述了当前最新研究进展,这将有助于更好地理解植物4CL基因参与苯丙烷类衍生物途径的合成与代谢机制.     

利用反义CCoAOMT基因培育低木质素含量毛白杨的研究

以造纸原料树种毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,用农杆菌介导法将与木质素合成相关的酶咖啡酰-辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)的反义基因导入毛白杨,对影响植株再生和转化率的多种因子进行研究,建立了一套较为稳定的遗传转化再生体系.转化毛白杨的PCR-Southern印迹杂交检测表明,反义CCoAOMT基因已整合到毛白杨基因组中; RT-PCR和Western印迹杂交结果显示,内源CCoAOMT基因的表达在转录和翻译水平均受到抑制.这些转基因毛白杨的Klason木质素含量均有不同程度的降低.其中木质素含量下降幅度较大的株系,伴随其茎杆局部区域明显发红,呈条状或斑状分布.以上结果表明将CCoAOMT基因用于材性改良的研究具有潜在的应用价值.     

丙酰辅酶A的体外酶法合成

丙酰辅酶A(丙酰-CoA)是一种重要的代谢中间物,可以用来生产丙烯酸、3-羟基丙酸、β-羟基戊酸和聚酮化合物。将天然的琥珀酰辅酶A合成酶、甲基丙二酰辅酶A变位酶、甲基丙二酰辅酶A脱羧酶在大肠杆菌中克隆并过表达,采用这3种纯化的酶体外催化合成丙酰-CoA,评价了琥珀酸生产丙酰-CoA代谢途径。琥珀酸可经琥珀酰辅酶A合成酶催化生成琥珀酰-CoA,琥珀酰-CoA再由甲基丙二酰辅酶A变位酶催化生成甲基丙二酰-CoA,最后甲基丙二酰-CoA经甲基丙二酰辅酶A脱羧酶催化生成丙酰-CoA。反应产物经高效液相色谱分析,检测到目标产物丙酰-CoA,结果证明了从琥珀酸体外合成丙酰-CoA的代谢途径的可行性。     

松科植物萜类合成酶及其基因家族研究进展

萜类化合物是松科(Pinaceae)植物中重要的代谢物,它们与松科植物生长发育、信息传递、气候适应和化学防御等关系密切,在植物生理和生态等方面具有重要功能。松科植物萜类化合物还广泛应用在制药、生物燃料以及合成化学等工业领域,具有重要的经济价值。松科植物通过甲羟戊酸途径和甲基赤藓糖磷酸途径合成所有萜类物质合成所必需的5碳前体,并在异戊烯基转移酶家族、萜类合成酶家族作用下合成单萜、倍半萜和二萜等不同长度碳链的萜类分子骨架,并进一步在细胞色素P450酶家族的作用下发生甲基化、羟基化、过氧化、糖基化等酶促反应形成具有结构极为丰富的萜类化合物。和其他次生代谢过程类似,多种酶及其基因在萜烯化合物形成过程中起到了至关重要的作用,同时,萜类化合物结构多样性的形成也主要依赖于萜类合成酶及其基因。植物中已经发现了大量的萜类合成酶,由于大量植物基因组、转录组等组学数据的公布,不断有新的萜类合成酶被报道。笔者介绍了植物萜类化合物前体的合成途径及其关键酶基因、植物萜类合成酶的结构和类型,着重阐述松科植物萜类合成酶结构、功能以及相应基因家族鉴定和系统分类的研究进展,并针对松科植物萜类合成酶及其基因研究领域存在的研究树种偏少、松科植物萜烯类代谢可能存在的特异代谢路径重视程度不够、适用于针叶树种相关基因的功能研究平台搭建欠缺、多基因网络调控松科植物萜烯类合成机制研究未得到系统开展、产脂和抗逆相关的松科植物关键基因未得到挖掘与利用等相关问题提出了建议,以期为松科植物萜类生物合成机制解析及松科植物遗传改良提供参考。     

HMG-CoA还原酶抑制剂的3D-QSAR研究

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMG—CoAR）是肝脏中胆固醇合成的限速酶．酶的底物HMG—CoA和NADP分子分别与酶的L区和S区充分结合,催化HMG—CoA还原裂解生成甲羟戊酸（mevalonate）．甲羟戊酸经一系列反应生成胆固醇,而高胆固醇和高脂蛋白是心血管疾病的主要危险因素,因此HMG—CoAR是治疗心脑血管疾病、冠心病、心肌梗塞主要靶标酶．他汀类药物可以选择性地进入肝脏HMG—CoAR活性空腔,     

丙烯酰CoA合成酶在大肠杆菌中的表达及其酶活性表征

以橙色绿屈挠菌（Chloroflexus aurantiacus）dsm636基因组DNA为模板,应用PCR技术扩增并克隆了丙烯酰CoA合成酶（ACS）基因,并连接到表达载体pET-22b(+)质粒上,构建了pET-22b(+)-Acs重组质粒,测序结果100%正确。将重组质粒pET-22b(+) Acs转化到大肠杆菌表达菌株BL21(DE3)中,通过氨苄霉素抗性平板筛选,构建了大肠杆菌BL21(DE3)-pET-22b(+)-Acs基因工程菌。重组菌株经异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导表达,SDS-PAGE电泳分析,目标条带出现在分子量约160000处,表明丙烯酰CoA合成酶基因在大肠杆菌BL21(DE3)中成功表达;体外酶活实验证明,所表达的丙烯酰CoA合成酶是具有活性的。     

MIXTA/MIXTA-like基因特征及其对植物表皮细胞分化的调控

植物表皮细胞是植物最外层直接与环境相互作用的细胞,依据其不同功能,分化形成多种具有防卫功能的特化细胞结构,在植物防御、减少蒸腾、授粉媒介吸引、种子散布、次生代谢产物合成与贮存等方面起着重要作用。研究发现MIXTA/MIXTA-like是多种植物表皮细胞分化的关键调控因子。在不同植物中,MIXTA/MIXTA-like作用部位(主要集中在花瓣、叶片、胚珠和子房)和调节方式不同,但最终都是通过调控表皮细胞分化发挥作用。MIXTA/MIXTA-like在表皮毛的形成、角质层生物合成、锥形表皮细胞的分化过程中起着重要的调节作用,其中植物表皮毛发育是一个研究热点。植物表皮毛有多种不同的功能:如叶片被毛是植物抵御取食昆虫的重要表型特征;法国梧桐、杨树、柳树飞絮都是种子成熟过程中表皮毛发育的结果;而黄花蒿中,青蒿素主要在腺毛中合成和储存。因此,开展植物表皮毛发育和调控机制研究具有重要意义。笔者梳理了MIXTA/MIXTA-like基因的特征及其在不同植物表皮细胞分化过程中的生物学功能,阐述了木本植物表皮毛发育调控的分子机制,为加速林木表皮毛发育相关性状的新品种培育提供借鉴。     

漆酶/介体体系改性对磨石磨木浆木素结构的影响

以磨石磨木浆为原料,对对照浆、漆酶/介体体系改性浆的木素进行分离,制得磨木木素.采用元素分析、功能基测定、FT-IR、GPC和1HNMR等分析技术探讨了漆酶/介体体系改性对纸浆中木素结构的影响.结果表明,与对照浆相比,改性浆木素发生了氧化降解反应;其中木素的甲氧基、酚羟基含量降低,而羰基含量升高;对照浆和漆酶/介体体系改性磨石磨木浆木素的C9结构单元式分别为C9H8.37O2.87(OCH3)0.98和C9H7.83O3.01(OCH3)0.90.     

Pulping performance of transgenic poplar with depressed Caffeoyl-CoA O-methyltransferase

This paper evaluated pulping performance of 3-year-old field-grown transgenic poplar （Populus tremula × Populus alba）. The transgenic poplar with anti-sense CCoAOMT had an about 13% decreased lignin content, in which a slight increment was found in S/G ratio. Chemical analysis showed that the transgenic poplar had significantly less benezene-ethanol extractive than that of control wood, but no significant differences were found in contents of ash, cold water extractive, hot water extractive, 1% NaOH extractive, holocellulose, pentosans and cellulose. Fiber assay demonstrated that down-regulation of CCoAOMT expression improved the fiber quality in transgenic poplar. Kraft pulping showed that lower lignin in transgenic poplar led to remarkable improved pulp quality and increased pulp yield.     

硫酸盐浆残余木素在漆酶/介体体系中的降解

桉木硫酸盐浆（EMCC浆）用漆酶／介体（N－羟基－N－乙酰苯胺）体系（LMS）进行处理。采用GPC、FTIR和2D^13C-^1H-NMR技术分析了原浆木素、LMS处理过的浆中残余木素以及E段废液中分离出来的木素，并在碱性条件下用硝基苯氧化上述木素。实验结果表明，LMS处理后桉木EMCC浆中残余木素发生很大的变化，大多数非缩合的木素结构单元被降解。NMR研究结果表明，LMS处理的浆中木素和E段废液木素的β－O－4和β－5结构消失，紫丁香基结构的信号大大减弱，而木素中二苯乙烯结构、二苯甲烷结构和非酚型的5－5‘结构在LMS生物处理时比较稳定，难于降解。LMS处理时木素发生α－位羟基的氧化产生α－羰基，并在其后的碱处理段被降解成小分子量的碎片。纸浆残余木素经漆酶／介体体系处理发生一定的苯环开环作用，使木素的羧基增加。     

不同花色品种蝴蝶兰花色素苷含量分析及相关基因表达研究

分析红色、黄色、粉紫色和白色蝴蝶兰品种不同开放度的花和叶花色素苷生物合成途径7个结构基因PAL、4CL、CHS、DFR、F3H、F3'5H和ANS基因和3个调节基因的表达.结果显示:10个基因的表达因不同花色、不同发育阶段而异.这10个基因在叶中的表达量相对花较低.黄金甲中PAL、4CL、CHS、F3H、F3'5H基因的表达量均较高,PAL、4CL、CHS和F3'5H在开花期达到峰值,粉色花空港红鹰花DFR、CHS、F3H、F3'5H表达量较高.白色花空港枫叶和黄色花富乐夕阳花中CHS、DFR、F3H、F3'5H和ANS表达量较低.CHS在6个品种花的不同阶段皆有表达.F3H基因在6个品种中表达量较低,与花色素合成不存在直接相关.调节基因b HLH 6个品种各发育阶段的表达量均较高,MYB表达量较低,这些结果表明,蝴蝶兰花色素苷积累是CHS、F3'5H、DFR和ANS等关键结构基因共同表达的结果,编码转录因子b HLH基因的表达可能在花色形成中作用较大.     

cDNA cloning and functional analysis of 4-coumarate --CoA: ligase (4CL) gene in Chinese white aspen

cDNA encoding 4-coumarate: CoA ligase (4CL) was isolated from the secondary developing xylem of Chinese white aspen (Populus tomentosa) by RT-PCR for the first time, which was 1619 bp in length. The coding sequence and putative amino acid sequence showed 97.53% and 97.00% identity to that of Pt4CL1 in quaking aspen (P. tremuloids), respectively. Molecular analysis indicated that 4CL was encoded by multiple genes in P.tomentosa, its mRNA was highly accumulated in xylem and the expression of 4CL revealed a biphasic pattern in one growing season, almost in phase with the expression of other related enzymes in lignin biosynthesis. Transgenic research showed that expression of antisense 4CL cDNA led to the decreasing of lignin content in transgenic tobaccos, among which the average reduction was 10.3% and the highest could be up to 18.9%. These data suggested that 4CL gene was a potential gene used in altering lignin biosynthesis by biotechnology for producing new materials of papermaking.     

野油菜黄单胞菌NK－01生物合成黄原胶的分子遗传学分析

本文采用甲基磺酸乙酯（ＥＭＳ）诱变野油菜黄单胞菌ＮＫ－０１得到多糖合成缺陷的不产粘突变株。经ＳａｌＩ部分酶切得到ＮＫ－０１染色体ＤＮＡ片段，将其连接到广泛寄主载体ｐＲＫ２９３上，在Ｅ．ｃｏｌｉＨＢ１０１中建立完整的ＮＫ－０１基因文库。在协助质粒ｐＲＫ２０１３存在下，不产多糖突变株分别与含基因文库的Ｅ．ｃｏｌｉ菌落群进行三亲接合转移，筛选具有卡那霉素抗性的产粘接合后体。对接合后体进行重组质粒的酶切分析表明，所克隆的ＤＮＡ具有片段重叠。上述重组质粒对另外９株不产多糖突变株互补检测及遗传学分析表明，１３．４ｋｂ的ＤＮＡ片段含有合成黄原胶所必需的基因。     

羟基自由基活性氧处理机械草浆分离半纤维素和木质素

基于生物质精炼与制浆相结合的构想,采用羟基自由基活性氧处理机械草浆,分离半纤维素和木质素,探讨了温度（T）、反应时间（t）、H₂O₂浓度质量分数（w）和固液比（r）等因素对半纤维素、木质素提取效果的影响。实验结果表明：在T=160℃,t=2h,w(H₂O₂)=1.5%,r=5g/L的反应条件下,半纤维素和木质素脱除率最高,分别达到82.68%,91.22%。