定向进化肌醇加氧酶MIOX4提高葡萄糖二酸的产量

葡萄糖二酸是一种在医药、食品、服装纺织和化工均有重要作用的有机二元酸。葡萄糖二酸的生物合成途径已经在大肠杆菌、毕赤酵母和酿酒酵母细胞中成功构建。为了提高葡萄糖二酸合成关键酶-肌醇加氧酶MIOX4的活性,该研究以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为底盘微生物,通过定向进化-易错PCR的方法对来自拟南芥基因组的肌醇加氧酶MIOX4的关键氨基酸序列进行随机突变。以葡萄糖二酸的产量为筛选指标,利用大肠杆菌葡萄糖二酸传感器对MIOX4的突变体进行高通量筛选。实验结果显示,从突变体文库中筛到4株有潜力的MIOX4突变体(S133R、K88R、E72V、T40P),使得葡萄糖二酸产量相较于未突变菌株分别提高了53%、30%、21%、17%。通过对突变体MIOX4(S133R)进行结构分析,发现突变位点R133增大了该位点与底物肌醇之间的空间距离,从而减少了空间位阻,提高了对底物肌醇的催化能力。该研究为后续研究MIOX的结构和功能、以及进一步提高葡萄糖二酸产量奠定了基础。

外施肌醇对黄瓜幼苗低温抗性的影响

以黄瓜品种9930为试验材料,研究低温(6℃)条件下叶面喷施肌醇(0.8 g·L-1)对植株抗性以及肌醇代谢关键基因肌醇加氧酶基因CsMIOX1表达水平的影响。结果表明,低温条件下,与未喷施肌醇相比,外施肌醇能够显著提高植株的干鲜质量,降低电解质外渗率。低温胁迫下,外施肌醇处理的黄瓜叶片抗坏血酸(AsA)含量在处理后12~24 h显著高于未施肌醇处理,在处理12 h时达到最大值,比CK增加131.27%。在低温处理24 h后,外施肌醇处理的SOD和POD活性一直高于未施肌醇处理;在低温处理12~48 h外施肌醇处理的H2O2含量一直显著低于未施肌醇处理,至48 h时,喷施肌醇处理的丙二醛含量显著低于未施肌醇处理;低温处理24 h时,喷施肌醇处理的可溶性糖和脯氨酸含量显著高于未施肌醇处理,分别高出54.62%和155.50%。外施肌醇后,肌醇加氧酶基因CsMIOX1表达水平显著上升,外施肌醇促进了AsA的合成。综上所述,外施肌醇能够缓解低温对黄瓜的伤害,提高植株在低温胁迫下AsA含量和抗氧化酶系统的活性,提高植株抗冷性。

甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析

肌醇加氧酶(myo-inositol oxygenase,MIOX)催化肌醇转化为葡糖醛酸,在响应生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。本研究对甘蓝型油菜MIOX家族基因(BnMIOX)进行了全基因组鉴定和表达模式分析。结果表明,BnMIOX家族包括12个成员,分布在9条染色体上;根据MIOX基因结构域特点,可以将甘蓝型油菜与拟南芥、白菜和甘蓝构建的系统进化树分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个亚家族;且共线性分析中没有找到串联重复基因对,全部为大片段复制基因,表明片段重复和全基因组重复是甘蓝型油菜MIOX基因家族扩增的主要驱动力。转录组数据分析表明,BnMIOX基因在不同组织、不同生长发育过程中的时空表达模式不同。不同胁迫下的表达谱分析表明,BnMIOX1基因在干旱、盐胁迫下被显著诱导表达,且BnMIOX1、BnMIOX2和BnMIOX9基因对干旱、盐、脱落酸(abscisic acid,ABA)和冷胁迫响应较为明显。蛋白质互作网络分析结果进一步表明,BnMIOX与GLCAK、PIS1、VTC2、VTC4、PDF2.1等蛋白存在互作,推测BnMIOX基因在提高甘蓝型油菜抗性过程中发挥关键作用。本研究为进一步探讨BnMIOX基因的功能提供了依据。

线虫胁迫下大豆肌醇加氧酶活力研究

为确定大豆胞囊线虫侵染大豆根部后,肌醇加氧酶活力的变化,以感病品种辽豆15和抗病品种灰皮支黑豆、哈尔滨小黑豆和小粒黑豆为试验材料,在人工接种大豆胞囊线虫3号生理小种后,利用肌醇加氧酶(MIOX)酶联免疫试剂盒检测肌醇加氧酶活力的变化情况。结果表明,在接种后的第5天,感病品种辽豆15酶活力达到最大值,约为对照组的1. 61倍。而抗病品种哈尔滨小黑豆、灰皮支黑豆和小粒黑豆分别在接种后的第10天、第15天、第5天肌醇加氧酶活力达到最高,分别是对照组酶活力的1. 46,1. 51,1. 85倍。