植物苯丙氨酸解氨酶(PAL)在细胞分化中的作用

烟草、丹参和甜叶菊愈伤组织在分化过程中一般都出现两个PAL活性高峰。第一高峰在培养第一、二、三天中出现;第二高峰在第十一天前后出现。前者在分化或不分化培养基中都存在,似与组织分化无关,后者只在分化条件下才有,似可作为组织启动分化的指示酶。分化程度不同的组织,PAL活性有很大差异,即将或刚分化的组织活性最高,随着分化的进程活性趋于降低,老化的组织甚至丧失活性。PAL活性、木质素合成和管状份子形成之间有着紧密的相关性。     

玉米茎秆强度形成与木质素积累关系的研究

为探究玉米基部节间质量性状与茎秆强度形成的内在关系,该研究选用不同耐密性玉米品种为材料,采用随机区组设计,在田间条件下研究玉米基部节间形态特征、干物质积累的变化特点,分析茎秆内部木质素积累动态变化及其相关合成酶活性对茎秆强度形成的影响。结果表明：(1)耐密品种‘先玉335’基部节间单位长度干重(DWUL)和直径均较高,不同品种的茎秆强度快速形成时期有一定差异,与木质素的积累密切相关。(2)耐密品种茎秆穿刺强度(RPS)和木质素积累快速形成时期较不耐密品种‘新玉41’长5~7 d,穿刺强度高于不耐密品种24.9%~36.6%,其木质素积累量高于不耐密品种12.5%~47.0%,且RPS和木质素积累速率较不耐密品种快。(3)玉米抽雄期(VT)前是基部节间木质素快速积累的关键时期,玉米大喇叭口期(V12~V15)酶活性与抽雄期木质素积累量呈显著或极显著正相关,对茎秆强度形成至关重要。(4)在玉米12叶期耐密品种‘先玉335’的木质素合成相关酶均显著高于不耐密品种‘新玉41’,PAL、TAL、CAD和POD分别较‘新玉41’高1.85、0.30、0.11和0.42 U·mg^-1。研究认为,玉米大喇叭口期茎秆干物质积累量较高、木质素合成相关酶的活性较强,能有效促进木质素的快速积累,增加茎秆抗倒伏强度,进而提高玉米茎秆抗倒伏能力。     

不同地下水位灰化薹草分解过程中木质素降解与碳、氮、磷释放的关系

为研究湿地植物分解过程中木质素分解与碳、氮、磷元素释放之间的关系及其对不同地下水位环境梯度的响应,在鄱阳湖典型碟形湖泊-白沙湖设置了200 m×300 m分解试验样地,沿地下水位梯度划分4个试验样带(从湖岸到湖心依次为GT-A, GT-B, GT-C, GT-D),采用分解袋法模拟了典型湿地植物灰化薹草在不同地下水位环境的分解过程。结果表明,分解15 d后,地下水位的升高促进了木质素的分解和碳、氮、磷元素的释放;在分解第60—90天,碳、氮、磷元素的相对归还指数随着木质素分解速率的升高而显著增大,并且相关性程度随着分解时间先增强,后减弱;分解过程中土壤pH、含水量和微生物量碳、氮对木质素的分解和碳、氮、磷元素的归还具有显著的促进作用。研究结果将有助于深化对湿地植物分解和生物地球化学循环过程的认识,为湿地自然保护区的科学有效管理提供理论依据。     

His-234是毛白杨对香豆酸 ∶ CoA连接酶的重要酶催化活性残基

对香豆酸∶CoA连接酶(4-coumarate: coenzyme A ligase,4CL)是植物苯丙烷类代谢途径中的一个重要的酶．4CL以肉桂酸衍生物(香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等)、ATP和CoA为底物合成相应的酰基-CoA酯,这些酰基-CoA酯是一系列重要化合物(如木质素)的前体．4CL的酶催化反应分两步进行：第一步以肉桂酸衍生物和Mg² -ATP为底物合成酰基-AMP,第二步用CoA取代AMP,产生酰基-CoA酯,催化过程中酶的构象产生明显的变化．因为4CL在木质素的合成中所起的作用,这个酶是通过蛋白质工程方法改进林产品质量的重要靶标．我们通过X射线衍射技术,解析了毛白杨对香豆酸∶CoA连接酶1(Pt4CL1)与其中间产物对香豆酰-AMP的复合物晶体结构,与同家族成员结构比对,确定所获得的蛋白质结构为Pt4CL1催化第二步反应,即酰基-CoA酯合成的构象．结构分析表明：His-234残基在Pt4CL1的酶催化机理中起着多重作用,即通过侧链与AMP磷酸基团形成氢键,降低磷酸基团的负电荷,催化CoA的亲核取代反应;侧链可以采取两种不同的构象以调节CoA进入Pt4CL1的催化中心;His-234的侧链还可能夺取CoA巯基的质子,从而增强CoA的亲核反应活性．突变体酶活数据结果也显示His-234对Pt4CL1的活性非常重要,是Pt4CL1催化中心的活性残基．     

木质素的微生物解聚与高值转化

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的“生物漏斗”式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。     

白桦反义CCoAOMT基因调控木质素生物合成

白桦是我国北方重要的造林树种,但其中的高木质素含量严重制约了它作为造纸资源植物的开发利用。本文利用RACE技术获得了白桦咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因全长ORF序列,并构建了白桦CCoAOMT基因的反义表达载体,通过农杆菌介导法将其导入到白桦中。PCR检测表明反义CCoAOMT基因已整合到白桦的基因组中。对转化植株的半定量PCR检测显示转基因株系的CCoAOMT基因表达量下降;Wiesner染色发现,与野生型相比,转基因植株木质素含量有所下降。对七年生的转基因白桦和野生型对照进行了化学成分分析,结果表明转基因白桦的苯醇抽提物和Klason木质素显著减少,聚戊糖含量升高。上述结果暗示BpCCoAOMT基因参与白桦木质素的合成,反义表达该基因后木质素含量减少,更易于去除。白桦CCoAOMT基因对木质素的合成起重要作用,这为培育低木质素含量的制浆新品种白桦奠定了基础。     

橄榄果实发育过程中细胞壁物质和相关酶活性变化

为了解橄榄(Canarium album)果实质地差异形成的原因,以鲜食型橄榄‘清榄1号’和加工型橄榄‘长营’为材料,对果实发育过程中细胞壁物质含量和相关酶活性进行了测定。结果表明,随着橄榄果实的成熟,‘清榄1号’较‘长营’维持较高的果胶甲酯酶(PME)活性,促进了果胶的水解,离子型果胶(ISP)含量较高而共价型果胶(CSP)含量较低。2个橄榄品种纤维素含量均较高,‘清榄1号’果实的半纤维素含量低于‘长营’。‘清榄1号’木质素含量低于‘长营’,较高的苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性促进了木质素含量的增加。因此,ISP、CSP、半纤维素和木质素含量的不同可能是2个橄榄品种果实质地差异形成的原因。     

植物肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆研究进展

木质素单体合成的过程中涉及了许多酶的参与,而肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是该过程中的一个关键酶。综述了CCR基因在植物体内的克隆、基因功能及在植物组织中的表达情况,并介绍了该基因在植物的抗病虫害和抗逆性研究、饲草和能源上的应用潜力,为进一步研究CCR基因生物学功能和利用奠定了基础。