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Journal of AgricμLtural and Food Chemistry, 2007, 55(18): 7405~7417.[23] 徐昌杰, 陳昆松, 張波等. 柑桔組織RNA提取方法研究[J]. 果樹學(xué)報(bào), 2004, 21(2): 136~140.指導(dǎo)教師簽名 學(xué)生簽名 系主任簽名 200 年 月 日4學(xué) 院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院專業(yè)生物科學(xué)學(xué)生姓名付文佳學(xué)號(hào)05260204指導(dǎo)教師楊莉職稱副教授合作導(dǎo)師職稱論文題目紅肉蜜柚及其親本琯溪蜜柚PSY基因的分離文獻(xiàn)綜述植物的次生代謝是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中與環(huán)境相互作用的結(jié)果，次生代謝產(chǎn)物在植物提高自身保護(hù)和生存競(jìng)爭(zhēng)能力、協(xié)調(diào)與環(huán)境關(guān)系上起著十分重要的作用[1,2]。由異戊二烯單元組成的化合物及其衍生物是自然界中分布最廣泛、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一類次生代謝化合物，迄今已知的類異戊二烯化合物有30000多種[3]。許多類異戊二烯化合物參與生物體生理活動(dòng)，在植物生長(zhǎng)發(fā)育、與生境的互作中發(fā)揮著重要作用。例如，固醇類化合物是植物細(xì)胞生物膜的主要成分，葉綠素和類胡蘿卜素是重要的光合色素，植物激素是調(diào)控植物生長(zhǎng)、發(fā)育和防御生物及非生物脅迫的重要物質(zhì)。此外，部分類異戊二烯化合物還具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和重要的藥用價(jià)值[3]。正因?yàn)榕c人類生命活動(dòng)密切相關(guān)，伴隨著分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等的飛速發(fā)展，近年來有關(guān)植物類異戊二烯代謝的研究取得較大進(jìn)展，人們對(duì)其代謝也有了更新的認(rèn)識(shí)，基本明確了植物中類異戊二烯化合物主要代謝途徑、代謝中間產(chǎn)物、關(guān)鍵酶及其基因[2~4]。盡管結(jié)構(gòu)與功能均不相同，但絕大多數(shù)類異戊二烯生物合成的前體都是異戊烯基焦磷酸（3methylbut3enyl diphosphate，IPP）或其異構(gòu)體3，3二甲基烯丙基焦磷酸（γ,γdimethylpyrophosphate，DMAPP）。植物體內(nèi)IPP或DMAPP的生物合成存在2條不同的代謝途徑：一條是位于細(xì)胞質(zhì)中的甲羥戊酸（mevalonate pathway，MVA）途徑，另一條是位于質(zhì)體中的2甲基D赤蘚糖醇4磷酸途徑（2methylDerythritol4phosphate pathway，MEP）途徑[3]。筆者就國(guó)內(nèi)外對(duì)植物中這兩條類異戊二烯化合物代謝途徑中相關(guān)基因的分離及特性的研究現(xiàn)狀及展望分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。一、MVA代謝途徑相關(guān)酶基因的研究MVA代謝途徑的發(fā)現(xiàn)距今已有大半個(gè)世紀(jì)的歷史，該途徑中絕大部分相關(guān)酶基因的結(jié)構(gòu)與功能都已得到詳細(xì)研究。 浙江師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 4過程管理材料2： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 AACT AACT（AcetylCoA Cacetyltransferase，乙酰CoA乙?；D(zhuǎn)移酶）是MVA代謝途徑中第一個(gè)酶，催化2分子乙酰CoA濃縮生成乙酰乙酰CoA。AACT屬于硫解酶家族，包含2個(gè)保守的半胱氨酸殘基：其中一個(gè)殘基在酶蛋白的N端，參與形成乙酰酶復(fù)合體；另一個(gè)則定位于酶的C端，參與濃縮反應(yīng)中的去質(zhì)子化[5]。目前已從擬南芥、橡膠、水稻和蘿卜等植物中分離出全長(zhǎng)的AACT基因。其中，擬南芥植株中有多個(gè)AAC基因，以基因家族形式存在；而蘿卜中AACT基因是以單拷貝形式存在，為組成型表達(dá)，且在子葉中表達(dá)受光的調(diào)控[6]。 HMGSHMGS（3hydroxy3methylglutarylCoA synthase，3羥基3甲基戊二酰輔酶A合酶）催化乙酰乙酰CoA生成HMGCoA（3hydroxy3methylglutarylCoA，3羥基3甲基戊二酰輔酶A）和CoA。第一個(gè)HMGS是從松樹中分離出來的編碼464個(gè)氨基酸殘基的球蛋白[7]，其中氨基酸Cys117和Asn326的突變使HMGS酶活受到影響，表明這2個(gè)氨基酸殘基是 HMGS 發(fā)揮催化作用的重要位點(diǎn)[8]。該基因已分別從擬南芥、芥菜、水稻、玉米和橡膠等植物中分離得到[8]。在這些植物中，HMGS 在整個(gè)植株中都有表達(dá)，且在植株的早期發(fā)育階段表達(dá)水平最高，暗示該基因的表達(dá)與細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)密切相關(guān)；同時(shí)，該基因也受到機(jī)械傷害、茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）、水楊酸（salicylic acid，SA）和臭氧的誘導(dǎo)，表明該基因同時(shí)也參與了植物的防御機(jī)制[7~9]。Suwanmanee等研究發(fā)現(xiàn)橡膠中HMGS的mRNA和酶活水平都與其體內(nèi)橡膠的積累密切相關(guān)[10]。最近，Sirinupong等在橡膠中又發(fā)現(xiàn)一新的HMGS基因HMGS2，與HMGS1的核酸和氨基酸序列分別有92 %和94 %的同源性；半定量RTPCR（semiquantitative reverse transcriptionPCR）分析表明HMGS2在產(chǎn)橡膠乳細(xì)胞和葉柄部位的表達(dá)豐度顯著高于葉片[8]。 HMGRHMGR（3hydroxy3methylglutarylCoA reductase，HMGCoA還原酶）是MVA代謝途徑中的重要酶類，催化HMGCoA形成MVA，被認(rèn)為是MVA途徑中的第一個(gè)限速酶，也是細(xì)胞質(zhì)萜類代謝中的重要調(diào)控位點(diǎn)[3]。分析其酶蛋白，發(fā)現(xiàn)植物HMGR存在2個(gè)跨膜區(qū)域，使該酶定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上；包含2個(gè)HMGCoA結(jié)合位點(diǎn)和2個(gè)NAPDH結(jié)合位點(diǎn)，參與酶的催化作用。目前已從擬南芥、煙草、番茄、馬鈴薯、番茄、小麥、蘿卜、桑樹、甜瓜、橡膠樹、喜樹、紅豆杉、銀杏、杜仲和榛樹等分離出該酶基因[3,11,12]。植物HMGR以基因家族形式存在，并且不同的HMG 可能調(diào)控著MVA代謝的產(chǎn)物流向[12]。例如，番茄果實(shí)甾醇和類胡蘿卜素的合成分別由不同的HMGR等位基因所控制[13]；馬鈴薯中HMGR1負(fù)責(zé)機(jī)械損傷誘導(dǎo)的甾醇合成，HMGR2和HMGR3則負(fù)責(zé)病原物誘發(fā)因子作用下倍半萜植保素的合成[14]。此外，Suzuki等通過TDNA插入突變方法獲得了2個(gè)擬南芥突變株系hmg1和hmg2，其中hmg1表現(xiàn)出植株矮化、早衰及雄性不育等表型，對(duì)其代謝物分析表明HMGR1參與固醇與三萜類化合物的生物合成，而固醇或三萜類化合物在植物體內(nèi)參與了細(xì)胞伸長(zhǎng)、衰老與生殖等生理活動(dòng)，說明HMGR1在植物由營(yíng)養(yǎng)階段向生殖階段轉(zhuǎn)化的發(fā)育進(jìn)程中起到十分重要的作用[15]；而HMGR2僅在擬南芥分生組織和花器官中表達(dá)，表明該基因與植物的細(xì)胞分裂密切相關(guān)[16]。 MK相對(duì)于MVA代謝途徑中其他酶類，目前有關(guān)MK（mevalonate kinase，甲羥戊酸激酶）及其代謝下游途徑中PMK（phospomevalonate kinase，甲羥戊酸磷酸激酶）和MVD（mevalonate 5diphosphate decarboxylase，甲羥戊酸焦磷酸脫羧酶）的相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。MK蛋白N端包含一段富含Gly/Ser的保守區(qū)域，參與結(jié)合ATP（adenosine triphosphatase，三磷酸腺苷）[17]。Champenoy等研究發(fā)現(xiàn)，隨著植物的生長(zhǎng)發(fā)育，MK酶活性增加，植株外植體再生能力與側(cè)芽生長(zhǎng)能力都有所增強(qiáng)，葉綠體含量等表型與生化特性發(fā)生改變，表明調(diào)控MK的活性能夠影響植物的再生與生長(zhǎng)[18,19]。對(duì)白松再生芽及擬南芥中MK基因的轉(zhuǎn)錄水平分析表明，該基因在植株的整個(gè)發(fā)育階段都有表達(dá)，但在根的分生組織區(qū)域，及花器官中表達(dá)豐度最高，表明MK在維持基本生命活動(dòng)和特殊器官的植物細(xì)胞中都有參與作用[17~20]。 PMK、MVD同MK一樣，PMK和MVD都是GHMP（galackinase，homoserinekinas emevalonate kinase，phospomevalonate kinase；半乳糖激酶，高絲氨酸激酶，甲羥戊酸激酶和甲羥戊酸磷酸激酶）超家族的一員[3]。目前僅有Cordier等報(bào)道從擬南芥中分離出MVD基因cDNA（Y14325）和基因組DNA（Y17593）序列[21]。其中，cDNA序列開放閱讀框（ORF）長(zhǎng)1239 bp，編碼412個(gè)氨基酸殘基， KD；基因組DNA序列中包含9個(gè)外顯子，8個(gè)內(nèi)含子；Southern雜交分析表明該基因是一個(gè)基因家族，酵母雙雜交分析顯示該蛋白由2個(gè)相同亞基組成的同二聚體[21]。二、小結(jié)與展望類異戊二烯化合物的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)各異，在生物體的生存和生長(zhǎng)發(fā)育過程的重要作用，以及對(duì)人體疾病治療和保健等方面的功能引起人們對(duì)其進(jìn)一步深入研究的興趣。隨著植物基因工程的飛速發(fā)展，人們應(yīng)用這2條代謝途徑中相關(guān)酶基因在提高植物體內(nèi)萜類化合物產(chǎn)量的研究中已取得了較大進(jìn)展，且有部分轉(zhuǎn)基因材料已在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用[3]。綜上所述，植物類異戊二烯化合物代謝途徑的基本框架已初步探明，在代謝途徑分子調(diào)控及代謝工程的研究方面也已取得了不少進(jìn)展。但這些研究都局限于擬南芥、番茄、水稻、銀杏、橡膠等模式植物及部分經(jīng)濟(jì)作物上，而對(duì)于不少多年生果樹及中藥類等具有要重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值作物中類異戊二烯化合物代謝的研究才剛剛開始起步，有的甚至尚未開展該方面的研究。此外，植物次生代謝途徑受到相關(guān)基因嚴(yán)密的時(shí)間轉(zhuǎn)錄表達(dá)調(diào)控：不同植物體內(nèi)合成占主導(dǎo)地位的類異戊二烯化合物各不相同，這些特定次生代謝物合成與否、合成量的多少主要是通過調(diào)節(jié)其合成途徑中的多個(gè)合成酶活性表達(dá)所決定。正是由于生物合成途徑的多樣性、代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、基因表達(dá)調(diào)控的未知性等一系列問題的存在，致使人們?cè)诹私馀c應(yīng)用植物類異戊二烯化合物代謝途徑還相當(dāng)有限，仍需進(jìn)一步深入研究。參考文獻(xiàn)[1] 陳曉亞, 葉和春. 植物次生代謝及其調(diào)控[M] // 李承森. 植物科學(xué)進(jìn)展(第1卷). 北京: 高等教育出版社, 1998: 293~304.[2] 張長(zhǎng)波, 孫紅霞, 鞏中軍, 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