Advances in the Plant Isoprenoid Biosynthesis Pathway and Its Metabolic Engineering

Although the cytosolic isoprenoid biosynthetic pathway, mavolonate pathway, in plants has been known for many years, a new plastidial 1–deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) pathway was identified in the past few years and its related intermediates, enzymes, and genes have been characterized quite recently. With a deep insight into the biosynthetic pathway of isoprenoids, investigations into the metabolic engineering of isoprenoid biosynthesis have started to prosper. In the present article, recent advances in the discoveries and regulatory roles of new genes and enzymes in the plastidial isoprenoid biosynthesis pathway are reviewed and examples of the metabolic engineering of cytosolic and plastidial isoprenoids biosynthesis are discussed.

植物萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的生物信息学分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的橡胶、烟草、辣椒、穿心莲等植物的萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、信号肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无信号肽,是一个跨膜的亲水性蛋白,包括两个功能HMG-CoA结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则盘绕是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间布局上折叠成“V”形,“V”形的两臂由螺旋状的N结构域和S结构域构成,中间部分由L结构域构成。

植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的分子结构特征与功能预测分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的拟南芥、玉米、岩蔷薇、水稻、黄花蒿、亚麻等植物的萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明:该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无跨膜结构域,是一个具转运肽的亲水性蛋白,包括两个功能DXR结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则卷曲是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和β-折叠散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间结构上折叠成“V”形,“V”形的两臂由N-端与C-端构成,“V”形的底部,是N-端臂与C-端臂的结合域。

植物法呢基焦磷酸合成酶的生物信息学分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的番茄(Lycopersicon esculentum)、橡胶(Hevea brasiliensis)、香蕉(Musa acuminata)、苹果(Malus×domestica)、向日葵(Helianthus annuus)、葡萄(Vitis vinifera)等的法呢基焦磷酸合成酶的核苷酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明:该酶基因的全长包括5’、3’非翻译区和一个开放阅读框;其编码的蛋白是一个无跨膜结构域、不具转运肽的亲水性蛋白,包括5个保守的结构motif,其中两个是富含天冬氨酸(Asp)的motif,α-螺旋和不规则盘绕是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间布局上是由α-螺旋围绕形成的中间具一个“大空穴”的立体结构,“大空穴”的表面藏有五个功能保守motif,其中两个Asp-motif位于“空穴”的内壁。

植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原酶研究进展

综述了近年来植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原酶(DXR)的研究进展,指出DXR是萜类物质生物合成途径中的关键酶,从植物中克隆出的DXR基因结构相似,表达于植株的大部分器官中;它们大多与植物体内萜类物质的合成有关,植株体内上调DXR基因有可能增加萜类物质的含量。

植物类异戊二烯生物合成相关酶基因研究进展

类异戊二烯化合物是自然界广泛存在的一大类天然化合物,具有重要的生物学功能及经济价值.在植物体内,类异戊二烯化合物的生物合成主要有2条代谢途径:甲羟戊酸(MVA)途径和2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)途径.综述了国内外对植物中这2条代谢途径中相关酶基因的功能、分离情况、表达特性,以及2条代谢途径之间中间产物的交换等方面的研究进展.

10种药用植物萜类合酶(DXS)生物信息学分析

为研究药用植物DXS酶的性质及其结构功能,利用生物信息学方法对Gen Bank中青蒿、砂仁、铁皮石斛等10种药用植物DXS编码氨基酸序列的理化特性、系统发育进化、亲/疏水性、亚细胞定位、磷酸化位点、二级结构、信号肽、跨膜结构、功能域等进行分析和预测。结果表明:不同植物DXS酶氨基酸序列的理化性质基本一致;在进化关系上可划分为2类;DXS酶蛋白主要表现为亲水性蛋白;大多数定位于叶绿体,少数定位于线粒体;丝氨酸磷酸化位点占据主导地位;α-螺旋是DXS多肽链中大量的结构元件,散布于整个肽链中;除了铁皮石斛具有1个信号肽,其余DXS氨基酸序列不具有信号肽,可推测出DXS可能不是分泌性蛋白;没有跨膜结构域;具有3个功能域分别为TPP_superfamily、Transket_pyr_superfamily和Transketolase_C superfamily。研究结果将为DXS的酶学特性及萜类生物合成的分子机理研究提供理论参考。

植物异戊二烯生物反应器研究进展

异戊二烯类化合物是一种在自然界广泛存在的植物次生代谢产物。异戊二烯类化合物在植物中扮演着重要角色,既参与植物的生长发育过程,也参与调节植物与环境之间的关系。同时,异戊二烯类化合物在农业、医药、化工等多个领域中也具有重要价值。许多高价值的异戊二烯类化合物在自然界中的产量很低,限制了对其的研究利用。目前,利用植物生物反应器来调控异戊二烯类化合物的合成是生命科学的研究热点之一。在不断深入研究异戊二烯类化合物合成代谢途径的同时,开发利用了植物生物反应器生产异戊二烯类产物的技术,这些生产技术的开发又反过来推动对异戊二烯类化合物合成代谢途径的深入了解。综述了植物异戊二烯类化合物的合成、调控及异戊二烯生物反应器的研究进展,以期为促进其生物合成提供参考。