轉(zhuǎn)化酶研究進(jìn)展

1、轉(zhuǎn)化酶研究進(jìn)展摘要轉(zhuǎn)化酶是生物體內(nèi)糖代謝的關(guān)鍵酶,綜述了轉(zhuǎn)化酶多態(tài)性及其活性表達(dá)調(diào)控、轉(zhuǎn)化酶基因等方面的研究;用分子生物學(xué)手段研究了轉(zhuǎn)化酶基因?qū)χ参锾欠址e累的直接作用;研究了逆境下轉(zhuǎn)化酶多態(tài)性表達(dá)及生理調(diào)節(jié)、調(diào)控。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化酶;多態(tài)性;糖代謝;基因;活性中圖分類號(hào)r392.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào)1007-5739(2022)23-0016-03researhadvanenplantinvertasegayun(pingliangedialllege,pinglianggansu744000)abstratinvertaseplaysaniprtantrleduringthesugaretab

2、lisinhigherplant.thevarieties,distributin,invertaseexpressin,geneexpressinftheinvertaseinhigherplantereintrduedinthispaper.theresearhnthediretfuntinabutinvertasegenetplantsugarauulatinbyleulebilgyeansandtheresearhninvertaseexpressin,physilgialregulatinunderadversitystresseresuarized.keyrdsinvertase;

3、plyrphis;sugaretablis;gene;ativity轉(zhuǎn)化酶(invertase),又稱蔗糖酶或-d-呋喃果糖苷酶,是生物體內(nèi)糖代謝的關(guān)鍵酶,在蔗糖代謝中催化如下反響:蔗糖+h2果糖+葡萄糖。由于糖代謝是生物體內(nèi)物質(zhì)代謝的中心,蔗糖是高等植物光合作用的主要產(chǎn)物,是碳運(yùn)輸、“庫代謝、糖積累、果實(shí)品質(zhì)形成中的重要因子,還是細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)因子,可能通過影響基因表達(dá)發(fā)揮作用。因此,與蔗糖代謝和積累親密相關(guān)的轉(zhuǎn)化酶是近年來生理生化、生理生態(tài)及分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。1轉(zhuǎn)化酶的多態(tài)性及在蔗糖代謝中的作用轉(zhuǎn)化酶是高度多態(tài)的,包括酸性轉(zhuǎn)化酶(aidinvertase,ai)、中性轉(zhuǎn)化酶(neu

4、tralinvertase,ni)和堿性轉(zhuǎn)化酶。許多報(bào)道將中性轉(zhuǎn)化酶和堿性轉(zhuǎn)化酶看作同一種轉(zhuǎn)化酶。酸性轉(zhuǎn)化酶主要存在于液泡或束縛于細(xì)胞壁上,其最適ph值在3.05.0;中性和堿性酶位于細(xì)胞質(zhì)中,最適ph值在7.0左右。報(bào)道的轉(zhuǎn)化酶的分子量大小為5080kd,為單體或二聚體。生殖器官中均有液泡轉(zhuǎn)化酶表達(dá)。栽培番茄、野生番茄及轉(zhuǎn)基因番茄研究說明,在果實(shí)成熟后期,液泡轉(zhuǎn)化酶的表達(dá)與否決定著果實(shí)可溶性糖的組分1。原位雜交研究說明,胞壁轉(zhuǎn)化酶可能存在于維管束系統(tǒng)2。轉(zhuǎn)化酶的組織及亞組織定位研究說明,高活性的胞壁轉(zhuǎn)化酶與組織的迅速生長有關(guān),而高活性的液泡轉(zhuǎn)化酶活性常與果實(shí)的發(fā)育或貯藏器官的迅速膨大有關(guān)3,

5、在幼苗、幼葉、幼根、幼果中都發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。快速生長的組織總是有高程度的ai活性,而ni的活性比ai的活性低很多。在甜瓜中,ai活性的增強(qiáng)為組織的快速生長提供作為碳源的己糖4,網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)轉(zhuǎn)化酶通過水解蔗糖成為葡萄糖和果糖,以保持細(xì)胞的浸透壓。轉(zhuǎn)化酶與果實(shí)發(fā)育、成熟和糖的積累相關(guān)。隨著果實(shí)成熟和蔗糖的積累,ai活性降低。這一變化在網(wǎng)紋甜瓜5-6、甜菜等多種植物中都已發(fā)現(xiàn)。shaffer等6通過比擬甜與不甜的2種瓜類品種,得出可溶性ai(液泡中)的活性降低是蔗糖儲(chǔ)藏的一個(gè)首要條件。桃的蔗糖水解酶活力(不溶性ai及可溶性ai、ni)在幼果期較高,隨著果實(shí)的發(fā)育,蔗糖積累而水解酶活力下降。ni作為一種

6、胞質(zhì)酶,在成熟組織中,ai程度較低,因此ni對(duì)蔗糖水解更為重要。在甘蔗、甜菜、柑橘、胡蘿卜的成熟組織中發(fā)現(xiàn)了ni調(diào)節(jié)蔗糖代謝,但在未成熟組織中尚未見到。網(wǎng)紋甜瓜5ni活性在未成熟組織中較高,隨著果實(shí)發(fā)育,其下降趨勢(shì)與ai一樣,ga等4認(rèn)為在甜瓜果實(shí)蔗糖代謝中ni功能可能與其他蔗糖儲(chǔ)藏型物種組織不同。2轉(zhuǎn)化酶活性表達(dá)調(diào)控研究2.1抑制劑對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶的活性不僅受底物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié),而且受抑制劑等因素的調(diào)節(jié)。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化酶抑制劑及naf都可有效地抑制液泡轉(zhuǎn)化酶和胞壁轉(zhuǎn)化酶。ga3可進(jìn)步燕麥莖段等植物器官的轉(zhuǎn)化酶活性,但外源ga3對(duì)番茄轉(zhuǎn)化酶基因表達(dá)無影響。許多研究認(rèn)為,iaa可進(jìn)步液泡轉(zhuǎn)化酶

7、活性7,但iyat等(1993年)認(rèn)為外源iaa不影響轉(zhuǎn)化酶活性。gdt等(1997年)發(fā)現(xiàn),玉米素可誘導(dǎo)懸浮培養(yǎng)的番茄細(xì)胞中胞壁轉(zhuǎn)化酶基因lin6表達(dá)。細(xì)胞分裂素類化合物可誘導(dǎo)結(jié)薯期馬齡薯酸性轉(zhuǎn)化酶活性8。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化酶抑制劑的研究日益受到人們的重視。shier等9首先在植物中發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化酶抑制劑的存在,并由pressey10后來的研究加以確認(rèn)。幾十年來,從最初在馬齡薯塊莖中發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化酶抑制劑,相繼在其他蔬菜儲(chǔ)藏組織中,如甜菜、紅薯等中發(fā)現(xiàn)了它的存在,甚至玉米胚乳中也可以檢測(cè)到,說明這種抑制劑在種子生長期已與轉(zhuǎn)化酶相伴而生。近期,已克隆出植物轉(zhuǎn)化酶抑制劑的dnas。2.2轉(zhuǎn)化酶表達(dá)與

8、植物防御系統(tǒng)有關(guān)植物的防御系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)化酶表達(dá)有一定的調(diào)控作用。正常條件下,成齡葉中轉(zhuǎn)化酶基因表達(dá)程度低,難以檢測(cè),而當(dāng)病菌侵染或有傷害刺激時(shí),其轉(zhuǎn)化酶基因大量表達(dá)2。各種病菌的侵染都可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化酶的活性,如shles等(1994年)發(fā)現(xiàn),白粉病菌侵染后8d的大麥葉片中,酸性轉(zhuǎn)化酶活性進(jìn)步了3倍。病菌侵染后期還可能產(chǎn)生新的可溶性轉(zhuǎn)化酶同工酶。但是,植物受到傷害刺激時(shí),并非所有的轉(zhuǎn)化酶基因都能表達(dá)。gdt等(1997年)發(fā)現(xiàn),受傷的番茄葉中5種轉(zhuǎn)化酶基因僅有l(wèi)in6表達(dá)。在受傷的庫組織中,胞壁轉(zhuǎn)化酶表達(dá)活性的現(xiàn)象在胡蘿卜等植物上也有報(bào)道。2.3環(huán)境脅迫下轉(zhuǎn)化酶多態(tài)性表達(dá)及其生理調(diào)節(jié)討論轉(zhuǎn)化酶在高溫、低

9、溫、干旱、鹽分等逆境脅迫下的表達(dá)及生理調(diào)節(jié),對(duì)深化提醒轉(zhuǎn)化酶的生理功能,蔬菜抗逆栽培的理論與理論及生理育種,以及蔬菜等植物逆境生理生態(tài)的研究均有重要意義。從某種意義上來說,環(huán)境脅迫下轉(zhuǎn)化酶的表達(dá)也受植物防御系統(tǒng)的調(diào)控。低氧脅迫可迅速抑制玉米轉(zhuǎn)化酶的活性11,水分脅迫下鷹嘴豆根中堿性轉(zhuǎn)化酶活性增加,并受ga3和iaa的正向調(diào)節(jié)12。柴麗娜等13研究幾種冬小麥幼苗轉(zhuǎn)化酶活性與抗旱性關(guān)系,發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下,抗旱性強(qiáng)的小麥品種,可溶性低聚糖含量增加與脅迫時(shí)間呈正相關(guān)。轉(zhuǎn)化酶這一特性,可作為鑒定小麥品種抗旱性強(qiáng)弱的指標(biāo)之一。程智慧等14以番茄六葉期幼苗為試材,研究不同梯度的水分脅迫對(duì)葉片轉(zhuǎn)化酶種類和活性表

10、達(dá)及糖代謝的影響。結(jié)果說明,可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶和胞壁轉(zhuǎn)化酶活性隨著水分脅迫強(qiáng)度的加大而增強(qiáng),己糖和蔗糖程度進(jìn)步。持續(xù)強(qiáng)水分脅迫使轉(zhuǎn)化酶和可溶性糖程度顯著增加,而淀粉含量降低。有研究討論了水稻灌漿期水分脅迫對(duì)糖代謝及相關(guān)酶活性的影響15,結(jié)果說明:水分脅迫縮短了灌漿時(shí)間,但促進(jìn)了灌漿速度并利于淀粉在籽粒中積累;轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)不大,與淀粉積累速率無明顯相關(guān)性。黃豆結(jié)莢初期水分脅迫對(duì)葉片和豆莢中碳水化合物積累的影響研究16結(jié)果說明,干旱降低了葉片中蔗糖和淀粉的累積量,同時(shí)增加了己糖的累積量,但并不影響葉片中可溶性轉(zhuǎn)化酶的活性,卻在干旱處理510d以后,降低了豆莢中可溶性轉(zhuǎn)化酶活性。sussi等17發(fā)現(xiàn)

11、,在鹽分脅迫下的2個(gè)鷹嘴品種中的一個(gè)因堿性轉(zhuǎn)化酶活性增加而維持代謝。另有研究發(fā)現(xiàn)18,高濃度鹽脅迫降低番茄果實(shí)生長率并使成熟果實(shí)減重達(dá)44%,而中濃度鹽脅迫影響不大;相應(yīng)的胞質(zhì)中中性轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng),酸性轉(zhuǎn)化酶活性變化更大,相似的試驗(yàn)研究說明19,鹽分脅迫下番茄葉片中蔗糖的累積量高,相應(yīng)的酸性轉(zhuǎn)化酶活性低,這種情況下,葉片中蔗糖的高積累及幼果中淀粉的快速合成是成熟果實(shí)中高糖累積的重要原因。adele等用不同梯度的nal處理kikuyu草(pennisetulandestinuhhst)20,鹽脅迫15d后,在150l/l和200l/lnal梯度處理下的葉片中轉(zhuǎn)化酶活性明顯增強(qiáng)而根中轉(zhuǎn)化酶活性降低

12、,說明高鹽環(huán)境中,己糖積累量顯著,這些結(jié)果為此草在高鹽環(huán)境中的栽培利用提供了理論根據(jù)。shin等在對(duì)百合球莖進(jìn)展冷處理后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化酶活性下降21。青花菜采收后貯藏在20下,其酸性轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng),高濕和氣調(diào)貯藏下,酸性轉(zhuǎn)化酶活性降低22;這些試驗(yàn)結(jié)果證明酸性轉(zhuǎn)化酶是導(dǎo)致植物中蔗糖含量下降的主要因子,其活性表達(dá)會(huì)使采后的青花菜耐貯性降低。3轉(zhuǎn)化酶基因方面的研究stur等(1990年)從高等植物中找出了第1個(gè)轉(zhuǎn)化酶基因(胡蘿卜胞壁轉(zhuǎn)化酶基因),最近又從胡蘿卜中克隆了一個(gè)中性轉(zhuǎn)化酶的dna。人們已從大量植物中鑒定和克隆了轉(zhuǎn)化酶基因和dna,并發(fā)現(xiàn)許多區(qū)域?qū)；霓D(zhuǎn)化酶有2個(gè)或更多的基因編碼,保證了酶活性的

13、時(shí)空穩(wěn)定性。但克隆的基因中,僅有1個(gè)是編碼胞壁轉(zhuǎn)化酶的。番茄上,已克隆出細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶基因lin5、lin6、lin7、lin8和液泡轉(zhuǎn)化酶基因tiv1,在番茄野生種(蔗糖積累性)l.hieleskii中,tiv1基因嚴(yán)密固定于3號(hào)染色體的sur座上,控制其蔗糖積累。sat等23從番茄中克隆了編碼細(xì)胞壁ai的一條dna,有2363個(gè)堿基對(duì),其中包含了編碼636個(gè)氨基酸的長為1908個(gè)堿基對(duì)的開放閱讀框,rna印跡分析說明ai的rna長約2.5kb?？寺〉降木幋a玉米細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶的基因家族的in3和in4等2個(gè)成員,前者包含6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子,后者包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子24。in4蛋白序列的

14、等電點(diǎn)研究說明該基因編碼唯一的游離在質(zhì)外體的轉(zhuǎn)化酶。rt-pr和原位rt-pr雜交結(jié)果說明in3基因表達(dá)有器官和組織特異性,并且該基因隨發(fā)育進(jìn)程自我調(diào)控表達(dá)。于喜艷等25的研究是根據(jù)酸性轉(zhuǎn)化酶的保守序列設(shè)計(jì)引物,采用rt-pr方法,從番茄果實(shí)總rna擴(kuò)增出目的dna片斷,克隆到pd18-t載體中。在所測(cè)的1038個(gè)核苷酸中,與genbank中登記號(hào)為81081的番茄果實(shí)酸性基因同源性為99%。jiang等根據(jù)抑制消減雜交方法別離到水稻葉片中高表達(dá)的蔗糖轉(zhuǎn)化酶基因片斷26,根據(jù)水稻基因組順序設(shè)計(jì)引物別離到全長dna,測(cè)序說明其長度為1937bp,推測(cè)其編碼1個(gè)含627個(gè)氨基酸的中性/堿性蔗糖轉(zhuǎn)化

15、酶。alignent分析顯示此蛋白質(zhì)與的多個(gè)蔗糖轉(zhuǎn)化酶具有很高的同源性。1990年,shaeen等首次將酵母轉(zhuǎn)化酶基因su2正義拷貝導(dǎo)入煙草和擬南芥,獲得轉(zhuǎn)基因植株27。胡蘿卜表達(dá)細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶反義dna植株與對(duì)照比,葉片多且蔗糖和淀粉含量高,主根小且碳水化合物程度低28。反義轉(zhuǎn)化酶基因的表達(dá)抑制了轉(zhuǎn)化酶活性,引起番茄果實(shí)中蔗糖的積累29。在番茄t0代中,轉(zhuǎn)反義基因果實(shí)有較高比例的蔗糖,進(jìn)一步研究說明,在t1代中,局部轉(zhuǎn)基因果實(shí)中蔗糖積累較多,而另一些轉(zhuǎn)基因植株盡管反義基因拷貝數(shù)是t0代的2倍,果實(shí)中的蔗糖比例反而下降,推測(cè)與基因沉默有關(guān)。許多研究者認(rèn)為,l.hieleskii的轉(zhuǎn)化酶基因的轉(zhuǎn)錄

16、沉默,是l.esulentu和l.hieleskii雜交子代番茄蔗糖積累的根底30。4結(jié)論高等植物的蔗糖代謝是一個(gè)復(fù)雜的過程,其關(guān)鍵轉(zhuǎn)化酶在植株體內(nèi)分布及在蔗糖積累過程中的變化動(dòng)態(tài)已有研究,用分子生物學(xué)手段研究有關(guān)轉(zhuǎn)化酶的基因?qū)麑?shí)糖分積累的直接作用是一個(gè)研究方向,另外對(duì)環(huán)境脅迫與轉(zhuǎn)化酶調(diào)節(jié)的研究提供了好的根底,但涉及的逆境領(lǐng)域及積累資料還非常有限。由于植物和農(nóng)作物的生長周期大多處于逆境生態(tài)下,因此研究各種逆境下轉(zhuǎn)化酶的多態(tài)性表達(dá)及生理調(diào)節(jié)、調(diào)控仍具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。5參考文獻(xiàn)1klanne,hallb,nennettab.antisenseaidinvertase(tiv1)genealte

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