甘蓝型油菜蔗糖磷酸合酶(SPS)基因家族成员鉴定及表达分析

蔗糖磷酸合酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是调控植物蔗糖合成的限速酶,对光合产物的转运和积累有重要影响。利用拟南芥SPS蛋白保守结构域在甘蓝型油菜基因组数据库鉴定出11个甘蓝型油菜SPS基因家族成员,根据系统进化分析将其分成A、B和C共3个亚家族。基因结构预测表明,SPSC-1有5个外显子,其他SPS基因均有11~15个外显子。顺式作用元件分析表明,油菜SPS基因除含基本的启动子保守元件外,还含有许多与逆境和激素响应相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR结果表明,Bn SPSA1在花中表达量最高,Bn SPSA2在各组织中均有不同程度的表达,Bn SPSB只在叶、蕾和花中表达,BnSPSC在叶中表达量最高,在蕾和花中有少量表达而在其他组织中基本不表达,说明SPS基因在甘蓝型油菜中的表达具有明显的组织特异性;Bn SPSA1和BnSPSC在高生物产量油菜叶片中的表达高于低生物产量油菜,Bn SPSB则在低生物产量油菜中的表达量更高,说明SPS基因与油菜生物产量密切相关。本研究为油菜SPS基因的功能研究和利用奠定了基础。

甜菜蔗糖磷酸合酶基因(BvSPS1)的克隆、表达及酶活性分析

蔗糖磷酸合酶是植物中控制蔗糖合成过程中催化6-磷酸果糖转化为蔗糖的关键酶。为了研究该基因的表达特性,本实验采用RT-PCR方法从甜菜中克隆甜菜蔗糖磷酸合酶基因(BvSPS1)。BvSPS1开放阅读框为3138bp,编码1045个氨基酸。推测BvSPS1氨基酸序列跨膜区域位于第561～593位,与酿酒葡萄(Vitis vinifera)和烟草(Nicotiana tabacum)的序列同源性分别为75.45%和74.59%。利用半定量RT-PCR对BvSPS1进行组织特异性表达检测,结果表明该基因主要在主根及侧根表达,在叶和叶柄中表达较弱,酶活性分析结果与之相同。离体叶片在10%葡萄糖溶液中培养6～12h后,BvSPS1基因表达水平提高,在10%蔗糖中培养相同时间则无变化。

甘蓝蔗糖磷酸合酶家族的鉴定和表达分析

蔗糖磷酸合酶(SPS)是调节植物蔗糖生物合成的关键酶。SPS由不同的基因编码组成,具有不同的表达模式和功能差异。利用拟南芥SPS蛋白保守结构域在甘蓝全基因组共鉴定到6个甘蓝SPS家族成员。进化分析结果表明甘蓝SPS基因分为3个亚族。6个BoSPSs家族成员被定位在甘蓝的5条染色体上。启动子顺式作用元件分析结果表明,BoSPSs含有许多与激素、逆境和光响应相关的顺式作用元件。RNA-Seq结果表明,BoSPSA1a在各个组织中均具有较高的表达量,BoSPSB除了在芽中表达量较高,在其他各个器官/组织中表达量均较低;冷敏甘蓝(CS-D9)和耐冷甘蓝(CT-923)中BoSPSA1b低温处理后均上调表达,且不同时间点耐冷甘蓝中的表达量均明显高于冷敏甘蓝。本研究结果有助于了解甘蓝SPS家族的信息,增加了对这些基因在甘蓝生长发育过程中及低温胁迫中所起的作用的理解。

马尾松蔗糖磷酸合酶基因的克隆和表达分析

通过挖掘4个马尾松蔗糖磷酸合酶基因(PmSPS1~PmSPS4),探究SPS基因在马尾松中的表达特性及功能。利用马尾松转录组数据挖掘SPS基因,对基因进行克隆及生物信息学分析,用实时荧光定量PCR检测其在马尾松不同组织、高低产脂种质和低磷胁迫中的相对表达量。结果从马尾松针叶中克隆获得4个SPS基因,开放阅读框(open reading frame, ORF)长度为1 701~3 243 bp,编码566~1 080个氨基酸。进化分析表明,PmSPS1和PmSPS3同属A亚族,PmSPS2和PmSPS4同属B亚族。组织特异性分析发现,PmSPS2和PmSPS4在针叶中表达量最高,PmSPS1和PmSPS3在树皮中表达量最高;PmSPS1和PmSPS3在幼嫩组织和成熟组织表达差异不显著,PmSPS2和PmSPS4在成熟针叶中的表达量显著高于嫩叶(P<0.05),在嫩茎和成熟茎间差异不显著。PmSPS1和PmSPS3的表达量在高、低产脂种质中差异不显著,PmSPS2和PmSPS4在高产脂种质针叶中的表达水平高于低产脂,在高产脂木质部中低于低产脂。低磷胁迫处理后,4个PmSPS基因在针叶中的表达水平均为上调,其中PmSPS2基因表达量最高,达到对照组的3.18倍。综合以上分析结果,克隆得到的4个马尾松SPS基因分布于A、 B亚族中,不同亚族基因呈现出不同的表达特性,为后续深入研究SPS家族基因在马尾松中的功能提供了理论依据。

蔗糖磷酸合酶功能、结构与催化机制的研究进展

蔗糖是自然界中广泛存在的一种天然产物。在植物等生命体中,蔗糖磷酸合酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)是蔗糖合成的限速酶。SPS催化合成蔗糖-6-磷酸;蔗糖磷酸酶(Sucrose Phosphatase,SPP)进一步把蔗糖-6-磷酸上的磷酸根水解下来而形成蔗糖。近几十年来关于SPS的研究多涉及SPS的酶活性测定、SPS的抑制剂和激活剂、SPS的共价修饰调节、SPS调节植物碳水化合物分配、SPS促进植物生长的机制、SPS如何增加果实甜度等方面,文中针对以上几个方面及SPS的晶体结构和催化机制进行了系统地综述。

苹果中磷酸蔗糖合酶家族基因的表达特性及其与蔗糖含量的关系

磷酸蔗糖合酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是植物中蔗糖合成的主要限速酶,影响植物的生长发育和果实中蔗糖的含量。为探明苹果中SPS基因家族特性及其在蔗糖合成中的作用,该研究从苹果基因组中分离了MdSPS家族基因,分析了它们的进化关系以及mRNA表达特性与酶活性和蔗糖含量的关系。结果显示:(1)在苹果基因组中有8个SPS家族基因表达,它们分别属于双子叶植物的3个SPS亚家族。(2)荧光定量PCR分析显示,苹果C类的MdSPS6基因和A类的MdSPS1a/b基因是苹果中表达丰度最高的SPS基因成员,其中MdSPS6在苹果成熟果中表达丰度最高,其次是成熟叶片,而MdSPS1a/b在不积累蔗糖的幼果中表达丰度最高。(3)在果实发育过程中,除MdSPS1a/b之外,其它5个苹果MdSPS家族基因均随果实的生长表达丰度增加,与SPS活性和蔗糖含量明显呈正相关关系。研究表明,C类家族MdSPS6是苹果果实发育后期和叶片中蔗糖合成的主要SPS基因。

玉米叶片中光合作用的昼夜变化——Ⅲ、伸长叶片组织中叶片的延长速度与碳水化合物和蔗糖代谢酶活性的关系

已经昼夜测定了玉米(Zea mays L.cv.Pioneer 3184)叶的延长速度。玉米叶的延长速度与叶片的延长部分中蔗糖代谢酶的活性和碳水代合物的含量的昼夜变化有关。叶片延长的速度在正午(13小时)最大,与叶片的远轴部分最大的同化物输出速度一致。每24小时期间,在光期的叶片延长占总的可观察到的叶片长度增加的70%。已观察到酸性和中性转化酶以及蔗糖磷酸合酶的活性产生明显的昼夜变化。

苹果加工品种的糖积累与蔗糖代谢相关酶活性

以苹果加工品种瑞林、瑞丹、瑞星为试材研究了发育过程中不同品种苹果果实中糖积累和糖代谢相关酶活性的变化。结果表明,瑞林以积累果糖为主,成熟果实的果糖含量占总糖的53.58%,葡萄糖占24.85%;瑞丹以积累果糖为主、其次是蔗糖,2者分别占总糖的45.52%和35.39%;瑞星是蔗糖/果糖积累并重型品种,蔗糖含量占47.94%,果糖占总糖的46.65%。瑞星蔗糖积累早于其他品种并呈持续上升趋势,而瑞林果糖积累开始早,蔗糖积累缓慢。各品种蔗糖含量与酸性转化酶活性呈负相关,瑞星的酸性转化酶活性明显低于其他品种,而瑞林则表现出较高的酸性转化酶活性。发育后期各品种蔗糖含量升高与酶的净合成活性升高有关。

嫁接砧木对西瓜果实糖分积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响

【目的】研究在果实发育过程中嫁接西瓜糖分积累及蔗糖代谢相关酶活性的变化,探讨不同砧木影响果实品质的机理。【方法】采用优质中小型西瓜早佳为接穗和对照,丝瓜、南瓜(铁木真)、葫芦(昌砧力士F1)、野生西瓜1号、野生西瓜2号为砧木,测定嫁接和对照西瓜果实在发育过程中果糖、葡萄糖、蔗糖的含量以及与蔗糖积累相关酶的活性。【结果】与对照相比,野生西瓜2号/早佳组合的果实糖积累极显著增高,而其他嫁接组合的糖积累均降低,丝瓜/早佳组合的果实糖含量最低;自根和嫁接西瓜果实发育过程中蔗糖转化酶(Inv)活性降低,蔗糖磷酸合酶(SPS)活性升高,蔗糖合酶(SS)在西瓜果实发育后期主要起合成作用,促进果实蔗糖积累,蔗糖代谢相关酶净活性值增大。在整个果实发育过程中,Inv、SPS、SS共同作用于嫁接西瓜和自根西瓜果实的糖分积累及构成;嫁接和对照西瓜果实以己糖积累为主,蔗糖积累为辅。【结论】砧木不同,西瓜果实的糖分积累量也不同,其中野生西瓜2号对早佳西瓜品质影响最小,可以作为优良的嫁接砧木在生产实践中应用。

高羊茅蔗糖合成能力在低温锻炼下的部位差异

高羊茅植株经过10d低温锻炼(4/2℃,昼/夜),体内各部位的蔗糖含量急剧上升,上升幅度依次为茎基>叶片>根系;茎基的蔗糖合酶(SS)和磷酸蔗糖合酶(SPS)的活性皆成倍提高,而叶片仅表现为SPS活性提高;茎基占植株总干重的比值持续加大;茎基是高羊茅在逆境中维持生存的重要器官,高SS活性使其保持较高的卸载和吸纳蔗糖的能力,同时高SPS活性使其保持较高的蔗糖含量,从而提高茎基对低温的抵抗能力。

导入蔗糖合成基因使马铃薯增产

日本农林水产省生物资源研究所碳代谢控制研究室主任大杉立领导的小组向马铃薯栽培种五月女王中导入玉米蔗糖合成系基因(蔗糖磷酸合酶:SPS)获得成功。从得到的性状转化体中获得了薯重量增加30％的个体。曾在烟草、菠菜、番茄上使用SPS使果实和叶片变大,但导入马铃薯等根菜类是首例。

不同品种厚皮甜瓜采后糖含量及糖代谢酶活性比较

【目的】研究新疆不同品种甜瓜糖组分及其相关代谢酶活性差异。【方法】以9种新疆特色厚皮甜瓜为试材,提取和测定甜瓜中可溶性糖和转化酶(Ivr)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS),分析糖组分和糖代谢相关酶相关性。【结果】不同品种甜瓜的果糖、葡萄糖和蔗糖含量存在差异,果糖、葡萄糖和蔗糖含量范围分别为2.17~3.21、1.09~2.56和0.77~5.76 g/100 g;其中果糖含量最高的是黄梦脆,葡萄糖含量最高的是俊秀,蔗糖含量最高的是早醉仙。甘甜蜜宝的蔗糖磷酸合酶和蔗糖合成酶活性最高,分别为7.5和8.7μmol/(h·g),9种成熟甜瓜中转化酶处在低活性状态。【结论】不同品种厚皮甜瓜的糖组分和糖代谢相关酶存在着不同相关性。

砧木对小型早熟西瓜果实糖代谢及相关酶活性的影响

以小型西瓜品种‘小兰’自根植株为对照 ,研究‘杭州长瓠’、‘超丰F1’、‘勇士’、‘黑籽南瓜’ 4种砧木对其果实糖代谢特性及相关酶活性的影响。结果表明 :4种嫁接西瓜果实发育过程中蔗糖、葡萄糖、果糖含量和糖代谢酶活性变化趋势与自根西瓜一致。在果实发育早期 ,果实中以分解酶类为主 ,糖分积累低 ;发育后期以合成酶类为主 ,糖分积累多。西瓜嫁接后果实糖分含量明显降低 ,降低程度依砧木而异 ,超丰F1/小兰、杭州长瓠 /小兰西瓜的糖含量明显高于黑籽南瓜 /小兰、勇士 /小兰。砧木可能主要通过影响果实发育早期转化酶 (Inv)、发育后期蔗糖磷酸合酶 (SPS)、蔗糖合酶 (SS)活性来影响糖分积累。各处理糖代谢酶的净活性与糖分积累存在较好相关性 ,说明糖代谢酶在西瓜果实糖分积累中的作用是综合的 ,造成自根及嫁接西瓜果实糖分积累的差异是Inv、SPS。

核桃果肉发育过程中糖含量及相关酶活性的变化

以普通核桃为试材,研究了核桃果肉发育过程中糖含量及其相关酶活性的变化。结果表明:总糖含量呈现逐渐增长趋势,在果实油脂转化期(约花后90 d)达到极大值;淀粉含量呈波动状态。各种可溶性糖含量变化各异,果糖在果实发育前期含量最高,后期有所降低;葡萄糖含量变化不大;蔗糖含量前期极低,后期逐渐增加。酸性转化酶和淀粉酶前期活性很强,后期降低;蔗糖合成酶(合成方向)和蔗糖磷酸合成酶的活性变化趋势相似,前期弱后期强。

套袋对清见橘橙果实蔗糖代谢的影响

研究6种果袋对清见橘橙果实可溶性糖含量及蔗糖代谢关键酶活性的影响。结果表明:不同果袋对清见橘橙果实可溶性糖含量的影响不同,单层果袋显著提高了果实的可溶性糖含量。果实成熟时,套白色单层无纺布袋的果实蔗糖含量最高,套黄色单层袋和白色单层袋的果实果糖含量均最高,套白色单层袋的果实葡萄糖含量最高。单层果袋提高了果实中性转化酶(NI)、蔗糖合酶(SS)和蔗糖磷酸合酶(SPS)的活性,以无纺布袋最为明显,而双层果袋对NI、SS、SPS活性的影响在多数测定点差异不显著。酸性转化酶(AI)活性随着果实的成熟而降低,套袋对AI活性的影响不显著。综上可知,单层果袋通过提高NI、SS、SPS的活性来提高糖含量,因此清见橘橙宜选择具有一定透光率且色泽浅的单层果袋。

柑橘磷酸蔗糖合酶基因CsSPS的鉴定和表达

为探索柑橘磷酸蔗糖合酶(sucrose-phosphate synthase,SPS)基因特性及其在果实发育和成熟过程中的表达,从甜橙基因组中鉴定了4个SPS基因(CsSPS1~CsSPS4)。它们分布在不同染色体上,属于3个不同的亚家族,均含有SPS家族的特征功能域。定量PCR分析表明,4个CsSPS在所检测的组织中均有表达,其中CsSPS4具有明显的果实特异表达特点。进一步研究发现,CsSPS3和CsCSPS4在‘融安金柑’和‘滑皮金柑’果实发育过程中的表达量高于CsSPS1和CsCSPS2。此外CsSPS4在果皮和果肉中的表达量均随着果实发育迅速升高,推测其在金柑果实蔗糖的合成和积累中起关键作用。

甜樱桃磷酸蔗糖合酶基因Pav SPS的功能分析

从甜樱桃基因组中鉴定了4个磷酸蔗糖合酶(sucrosephosphatesynthase,SPS)基因(PavSPSA1、PavSPSA2、PavSPSB和PavSPSC)。实时荧光定量PCR分析表明,PavSPSA1在甜果实发育和成熟过程中表达量最高,其次是PavSPSC,PavSPSA2和PavSPSB表达量较低;PavSPSA1和PavSPSA2在果实成熟软化过程中均上调表达,与甜樱桃果实的成熟软化过程吻合。通过利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术沉默PavSPSA1,甜樱桃果实蔗糖含量降低,果实着色和果实成熟软化延迟;沉默PavSPSA2、PavSPSB和PavSPSC,甜樱桃果实蔗糖含量、果实着色和果实成熟软化与对照无差异,推测PavSPSA1或许是调控果实蔗糖合成与积累的关键基因,影响果实着色和成熟软化。

甜和不甜西瓜果实中糖积累及相关酶活性初析

目的与意义:棉子糖半乳糖苷系列寡糖(RFO)的水解对于西瓜果实中糖的积累至关重要,然而大众对于α-半乳糖苷酶在西瓜果实发育过程中的作用知之甚少.之前并没有关于高糖西瓜和低糖西瓜中糖积累及酶活性进行过系统的报道.研究了高糖西瓜和低糖西瓜两个亚种中果实糖代谢机制的差异,及2种西瓜中心果肉和中果皮的糖代谢相关酶的动态特征,包括转化酶,α-半乳糖苷酶,SuSy(蔗糖合成酶)和SPS(蔗糖磷酸合酶).

套袋对清见橘橙果实蔗糖代谢的影响

研究6种果袋对清见橘橙果实可溶性糖含量及蔗糖代谢关键酶活性的影响。结果表明：不同果袋对清见橘橙果实可溶性糖含量的影响不同，单层果袋显著提高了果实的可溶性糖含量。果实成熟时，套白色单层无纺布袋的果实蔗糖含量最高，套黄色单层袋和白色单层袋的果实果糖含量均最高，套白色单层袋的果实葡萄糖含量最高。单层果袋提高了果实中性转化酶（NI）、蔗糖合酶（SS）和蔗糖磷酸合酶（SPS）的活性，以无纺布袋最为明显，而双层果袋对NI、SS、SPS活性的影响在多数测定点差异不显著。

蔗糖和淀粉之间的分配的控制

越来越多的证据表明,Fru2,6P2参与控制蔗糖和淀粉之间的分配。在光期,在整个菠菜植物中,或者在离体叶中,或者当叶园片漂浮在糖溶液上,当蔗糖在叶子中积累时,Fru2,6P2上升2-3倍。增加的Fru2,6P2限制蔗糖的合成,使细胞质中磷酸丙糖的水平增加,以及更多的光合产物被保留在叶绿体中转变成淀粉。虽然这些发现提供了了解怎样控制光合产物分配的框架,但是许多问题仍然存在。