袁明等:2010年中国植物科学若干领域重要研究进展237 因进行了鉴定。结果表明,淀粉合成相关基因可以分酸为4-香豆酰辅酶A,在整个苯丙烷类代谢途径的流 成2类:类负责胚乳中淀粉的合成;类负责非贮藏组量控制中起核心作用。中国科学院生物物理研究所王 织中临时性淀粉的合成。研究人员进一步获得了307大成研究组解析了毛白杨( Populus tomentosa)4CL1 和621个分别与2类淀粉合成基因共表达的基因,这的晶体结构,包括无辅基形式和结合中间态类似物 些基因涉及多种不同的生物学过程,提示淀粉合成的AMP和APP的复合体形式。进一步的结构-功能研究 调控与多种因素相关。其中一个AP2/PEBP家族转确定了在其催化活性和底物结合中起关键作用的氨 录因子,他们将其命名为RSR( rice starch regula-基酸残基,解释了4CL酶的底物特异性,并提出了结 tor1)。RSR1的表达与类淀粉合成基因的表达呈负相合底物后通过构象变化实现催化功能的机理(Huet 关,其缺失后导致水稻苗期淀粉合成基因的表达增a,2010a)。该项硏究为改造4CL酶,实现人为操纵 强。通过基因敲除得到的rsr突变体中直链淀粉的含苯丙烷类代谢途径打下了坚实的基础 量增加,支链淀粉的精细结构发生改变,结果形成 以C苷键与糖结合所形成的C-黄酮苷在植物中 圆而宽松的淀粉颗粒,从而降低了糊化温度。同时,泛存在。香港大学 Clive Lo研究组鉴定了催化黄酮转 rsr突变体的种子变大,产量增加。而在RSR过表达变为C黄酮苷的酶。他们证明由Os06g01250编码的 的转基因植株中,支链淀粉的结构和淀粉的糊化特性P450CYP93G2蛋白具有黄酮-2-羟化酶的功能。CY- 均发生了相反趋势的改变。说明RSR1基因参与调控P93G2属于CYP93B亚家族,该家族成员组成了双子 水稻种子的淀粉合成( Fu and xue,2010)。该研究成叶植物的黄酮合成酶ll当 NADPH存在时,CYP93G2 果显示,基因共表达分析对于研究水稻淀粉合成和其催化底物形成2-羟基黄酮。如果将CYP93G2与C-葡 它复杂代谢过程的调控是非常有效的,同时所得到的糖转移酶 OSCGT同时在拟南芥中表达,能够形成C- 共表达基因及RSR1基因的相关结果,为进一步改良羟基黄酮苷,说明在植物中CYP93G2产生的2-羟基 稻米淀粉品质提供了有利的线索。脂类分子是细胞的黄酮成为 OSCGT的底物,进一步又可形成C羟基黄 重要结构组分,其中一些还是重要的信号分子。酮苷( Du et al.,2010b)。 B-ketoacyl-acyl carrier protein] synthase I( KASI)fE 香港大学 Mee-Len Chye研究组在分析脂酰辅酶 化脂肪酸( fatty acid,FA)的生物合成,薛红卫研究组A结合蛋白家族成员 ACBPs(acy- Coa binding pro- 的另一项工作表明κAS/基因功能缺失导致极性脂组 teins)功能时发现,拟南芥ACBP1超表达植株对冰冻 分的变化和FA水平的降低,从而抑制叶绿体的分裂胁迫的敏感性提高,磷脂酰胆碱( phosphatidylcho 以及引起胚胎发育的异常( Wu and xue,2010)。 ine,PC)的含量下降而磷脂酸( phosphatidic acid 李传友研究组发现,拟南芥茉莉酸 jasmonic PA)含量增加;acbρ1突变体对冰冻胁迫的抗性增强, acid,JA)超敏感突变休jah1-1表现出在根生长抑制反同时伴随PC积累和PA含量下降。在ACB尸1超表达植 应中对JA的敏感性增强等表型。基因克隆实验证实,株中将PC水解为PA的水解酶基因PLDa1的表达量 janh1-1中细胞色素CP450蛋白CYP82c2发生了突变,升高,冰冻抗性的正调节因子PLD的表达下调。而在 JA诱导的抗性基因表达和吲哚硫代葡萄糖苷的积累acbp1突变体中PLDδ的表达升高。ACBP1定位于质 下调,突变体对灰霉菌的抗性降低;而CYP82C2的膜和内质网,可能通过与PA的结合调节与膜相关的 超表达植株却具有相反的表型。进一步的研究证明,PA库,从而调控PLDa1和PLD6的表达( Du et al, cYP82C2影响了JA诱导的吲哚硫代葡萄糖苷前体物2010c)。该研究组的另一项工作表明,ACB尸3超表达 质色氨酸的积累,但不影响JA诱导的A或病原菌诱植株的叶片衰老加速,而在acbp3TDNA插入突变 导的代谢物 camalexin的积累。研究结果表明CYP-体和ACBP3-RNA转基因拟南芥植株中黑暗诱导的 82C2在叭A水平提高的条件下,对植物中色氨酸介导叶片衰老被延缓。在超表达植株中磷脂酰乙醇胺(ph- 的次生代谢途径有调控作用 Liu et al,2010c)。 osphatidylethanolamine,PE)的含量增加,而突变体 苯丙烷类代谢途径是植物特有的也是最主要的和RNA植株中则含量下降。此外,在超表达植株中, 次生代谢途径之一,产生包括类黄酮、木质素等次生PC和磷脂酰肌醇含量明显减少,而脂类过氧化产生 代谢物。4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)负责活化4-香豆的PA、溶血磷脂以及半乳糖脂( galactolipids,也称为袁明等: 2010 年中国植物科学若干领域重要研究进展 237 因进行了鉴定。结果表明, 淀粉合成相关基因可以分 成2类: I类负责胚乳中淀粉的合成; II类负责非贮藏组 织中临时性淀粉的合成。研究人员进一步获得了307 和621个分别与2类淀粉合成基因共表达的基因, 这 些基因涉及多种不同的生物学过程, 提示淀粉合成的 调控与多种因素相关。其中一个AP2/EPEBP家族转 录因子, 他们将其命名为RSR1(rice starch regula￾tor1)。RSR1的表达与I类淀粉合成基因的表达呈负相 关, 其缺失后导致水稻苗期淀粉合成基因的表达增 强。通过基因敲除得到的rsr1突变体中直链淀粉的含 量增加, 支链淀粉的精细结构发生改变, 结果形成了 圆而宽松的淀粉颗粒, 从而降低了糊化温度。同时, rsr1突变体的种子变大, 产量增加。而在RSR1过表达 的转基因植株中, 支链淀粉的结构和淀粉的糊化特性 均发生了相反趋势的改变。说明RSR1基因参与调控 水稻种子的淀粉合成(Fu and Xue, 2010)。该研究成 果显示, 基因共表达分析对于研究水稻淀粉合成和其 它复杂代谢过程的调控是非常有效的, 同时所得到的 共表达基因及RSR1基因的相关结果, 为进一步改良 稻米淀粉品质提供了有利的线索。脂类分子是细胞的 重要结构组分, 其中一些还是重要的信号分子。 β-ketoacyl-[acyl carrier protein] synthase I (KASI)催 化脂肪酸(fatty acid, FA)的生物合成, 薛红卫研究组 的另一项工作表明KASI基因功能缺失导致极性脂组 分的变化和FA水平的降低, 从而抑制叶绿体的分裂 以及引起胚胎发育的异常(Wu and Xue, 2010)。 李传友研究组发现, 拟南芥茉莉酸(jasmonic acid, JA)超敏感突变体jah1-1表现出在根生长抑制反 应中对JA的敏感性增强等表型。基因克隆实验证实, jah1-1中细胞色素C P450蛋白CYP82C2发生了突变, JA诱导的抗性基因表达和吲哚硫代葡萄糖苷的积累 下调, 突变体对灰霉菌的抗性降低; 而CYP82C2的 超表达植株却具有相反的表型。进一步的研究证明, CYP82C2影响了JA诱导的吲哚硫代葡萄糖苷前体物 质色氨酸的积累, 但不影响JA诱导的IAA或病原菌诱 导的代谢物camalexin的积累。研究结果表明CYP- 82C2在JA水平提高的条件下, 对植物中色氨酸介导 的次生代谢途径有调控作用(Liu et al., 2010c)。 苯丙烷类代谢途径是植物特有的也是最主要的 次生代谢途径之一, 产生包括类黄酮、木质素等次生 代谢物。4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)负责活化4-香豆 酸为4-香豆酰辅酶A, 在整个苯丙烷类代谢途径的流 量控制中起核心作用。中国科学院生物物理研究所王 大成研究组解析了毛白杨(Populus tomentosa)4CL1 的晶体结构, 包括无辅基形式和结合中间态类似物 AMP和APP的复合体形式。进一步的结构-功能研究 确定了在其催化活性和底物结合中起关键作用的氨 基酸残基, 解释了4CL酶的底物特异性, 并提出了结 合底物后通过构象变化实现催化功能的机理(Hu et al., 2010a)。该项研究为改造4CL酶, 实现人为操纵 苯丙烷类代谢途径打下了坚实的基础。 以C苷键与糖结合所形成的C-黄酮苷在植物中广 泛存在。香港大学Clive Lo研究组鉴定了催化黄酮转 变为C-黄酮苷的酶。他们证明由Os06g01250编码的 P450 CYP93G2蛋白具有黄酮-2-羟化酶的功能。CY￾P93G2属于CYP93B亚家族, 该家族成员组成了双子 叶植物的黄酮合成酶II。当NADPH存在时, CYP93G2 催化底物形成2-羟基黄酮。如果将CYP93G2与C-葡 糖转移酶OsCGT同时在拟南芥中表达, 能够形成C- 羟基黄酮苷, 说明在植物中CYP93G2产生的2-羟基 黄酮成为OsCGT的底物, 进一步又可形成C-羟基黄 酮苷(Du et al., 2010b)。 香港大学Mee-Len Chye研究组在分析脂酰辅酶 A结合蛋白家族成员ACBPs(acyl-CoA binding pro￾teins)功能时发现, 拟南芥ACBP1超表达植株对冰冻 胁迫的敏感性提高, 磷脂酰胆碱(phosphatidylcho￾line, PC)的含量下降而磷脂酸(phosphatidic acid, PA)含量增加; acbp1突变体对冰冻胁迫的抗性增强, 同时伴随PC积累和PA含量下降。在ACBP1超表达植 株中将PC水解为PA的水解酶基因PLDα1的表达量 升高, 冰冻抗性的正调节因子PLDδ的表达下调。而在 acbp1突变体中PLDδ的表达升高。ACBP1定位于质 膜和内质网, 可能通过与PA的结合调节与膜相关的 PA库, 从而调控PLDα1和PLDδ的表达(Du et al., 2010c)。该研究组的另一项工作表明, ACBP3超表达 植株的叶片衰老加速, 而在acbp3 T-DNA插入突变 体和ACBP3-RNAi转基因拟南芥植株中黑暗诱导的 叶片衰老被延缓。在超表达植株中磷脂酰乙醇胺(ph￾osphatidylethanolamine, PE)的含量增加, 而突变体 和RNAi植株中则含量下降。此外, 在超表达植株中, PC和磷脂酰肌醇含量明显减少, 而脂类过氧化产生 的PA、溶血磷脂以及半乳糖脂(galactolipids, 也称为