植物类异戊二烯合成途径的研究进展

类异戊二烯广泛分布于自然界中,是结构最复杂、功能最多的一类化合物,具有极其重要的生理生态作用及经济价值。植物体内的类异戊二烯化合物从异戊烯焦磷酸(IPP)合成,IPP的合成途径主要有两条:甲羟戊酸(MVA)途径和2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)途径。

药用植物类异戊二烯代谢途径及其活性产物合成调控研究进展

植物类异戊二烯化合物是一类具有多种药理活性的天然产物,其生物合成主要通过甲羟戊酸途径与2C-甲基-4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径,对这两条途径的调控研究已成为近年来热点之一。本文就近年来植物类异戊二烯代谢途径的研究进展以及相关活性成分的生物合成调控研究做一综述。

微藻类胡萝卜素生物合成代谢途径的研究进展

微藻是一类没有根茎叶,却能够进行光合作用的真核生物。由于微藻生长速度快、适应性强、生长不受季节影响,因此选择微藻作为提取类胡萝卜的主要原料越来越受到人们的青睐。微藻含有多种多样的生物活性化合物,如:色素、多糖和长链多不饱和脂肪酸等,它们在食品、药品及其他行业中被广泛应用。其色素包括类胡萝卜素、藻胆蛋白等,且富含的类胡萝卜素主要包括番茄红素、叶黄素和虾青素等。类胡萝卜素对视觉系统、皮肤组织有保健功能,并且能够抵抗强光、高温或深水等不良环境。本文在归纳总结主要类胡萝卜素的种类及类胡萝卜素在微藻中的分布及特点的基础上,重点对微藻中类胡萝卜素生物合成代谢途径和其过程中的相关基因以及基因克隆现状进行了阐述,为微藻类胡萝卜素代谢途径的深化研究提供参考。

基于2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4磷酸途径的产紫槐二烯大肠杆菌构建及其补糖策略优化

2-C-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸(2-methyl-D-erythritol-4-phosphate, MEP) 途径是大肠杆菌Escherichiacoli 唯一的萜类前体合成途径,研究表明它比甲羟戊酸(Mevalonate, MVA)途径具有更高的理论产率。但目前有关MEP 途径的调控所知非常有限,故单独强化MEP 途径对萜类异源合成产量的提高效果并不理想。研究中通过引入外源MEP 途径基因强化E. coli 萜类合成的遗传改造策略和发酵过程补糖控制优化,尝试更有效地释放MEP 途径的潜力,建立青蒿素前体——紫槐二烯的高密度发酵过程。研究结果表明共表达阿维链霉菌Streptomyces avermitilis dxs2 基因和枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis idi 基因可使紫槐二烯的摇瓶发酵产量比野生菌株提高12.2 倍。随后针对该菌株建立了高密度发酵过程,发现稳定期的中前期(24?72 h) 是产物合成的关键期,通过稳定期补糖速率的调整,明显改善了产物合成速度,使紫槐二烯的产量从2.5 g/L 提高到了4.85 g/L,但不影响产物积累的周期。考虑到72 h 后菌体老化可能会影响产物合成,进一步采取了调整对数期的补糖速率控制菌体生长的策略,使紫槐二烯的产量达到6.1 g/L。研究结果为基于MEP 途径的萜类异源合成工程菌构建及其发酵工艺的建立奠定了基础。

芒果MDS家族基因的鉴定、进化及表达分析

2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MDS)是MEP代谢途径中的关键酶。为了鉴定芒果中的MDS家族基因,探索MDS家族基因的进化、表达模式。本研究采用同源搜索的方法,从13个植物基因组中下载了16个MDS家族基因,对其进行了蛋白结构域、系统发育及在芒果中的表达分析。蛋白结构域分析结果显示,芒果MDS家族基因的蛋白序列均包含完整的PF02542.16结构域。系统发育进化树显示,芒果中的MDS家族基因是在双子叶植物形成后进化的,且与柑橘的MDS基因关系最近。表达分析结果显示,在芒果品种‘贵妃’、‘台农’和‘金煌’的成熟果果肉中,芒果MDS家族基因均在‘贵妃’中表达量最高,其次是‘台农’,在‘金煌’中表达量最低,而且差异显著。本研究为进一步研究芒果MDS家族基因在萜类合成途径中的作用提供科学依据。

芒果MCT基因的鉴定、进化及表达

2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸胱氨酰转移酶(MCT)是MEP代谢途径中关键的酶。为了鉴定芒果中的MCT基因,探索MCT基因的进化路线和表达模式,本研究以拟南芥MCT基因为参考,利用BLAST和HMMER软件,从12个植物基因组中搜索得到了14个MCT基因,对其进行了保守结构域、系统发育分析,并对芒果中MCT基因的表达进行了分析。保守结构域分析结果显示,芒果MCT蛋白包含一个PF01128.19结构域,且蛋白序列高度保守。系统发育分析表明,MCT基因的进化与其所在物种的进化路径保持一致,藻类到被子植物中MCT基因的拷贝数受到严格控制。表达分析结果显示,在芒果品种‘桂热82’和‘红玉’中,MCT基因在发育过程中的芒果果皮、果肉中的表达量高于成熟芒果中果皮、果肉的表达量,推测其在芒果发育过程中有更重要的作用。本研究为进一步阐明芒果MCT基因的功能提供了科学依据。