導(dǎo)游致謝詞

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導(dǎo)游致謝詞范文第1篇

關(guān)鍵詞:次生代謝;信號(hào)分子;活性氧;茉莉酸;水楊酸

中圖分類號(hào):S5-3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-0432(2010)-05-0023-2

植物次生代謝產(chǎn)物合成的多代謝途徑性使得人們不得不通過不同的方法來刺激代謝途徑以增加目標(biāo)次生產(chǎn)物的合成量。其中利用誘導(dǎo)子對(duì)目的次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑進(jìn)行調(diào)控,目前已被看作是大幅度提高培養(yǎng)物中代謝產(chǎn)物含量的重要方法之一。但目前關(guān)于誘導(dǎo)子在培養(yǎng)的植物細(xì)胞中具體的作用機(jī)制尚未形成一套詳盡的理論體系,隨著人類對(duì)于植物次生代謝產(chǎn)物需求量的不斷增加,及植物組織/細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,誘導(dǎo)子詳盡的機(jī)制越來越受到關(guān)注。

一、胞內(nèi)信號(hào)分子的來源與應(yīng)用

(一)活性氧(ROS)

活性氧是正常細(xì)胞新陳代謝過程中通過光合作用產(chǎn)生的超氧化陰離子自由基、過氧化氫、羥自由基。在植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝物的過程中也發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)物與受體結(jié)合可引發(fā)胞內(nèi)活性氧的爆發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)活性氧(ROS)的反應(yīng)鏈為O2(H)O2"H2O2OH+H2O2H2O,其中O2"和OH的半衰期(分別為2-4s、

(二)鈣(Ca2+)

鈣是植物體內(nèi)重要的第二信使,它介導(dǎo)了由包括誘導(dǎo)子在內(nèi)的許多刺激因子所引發(fā)的細(xì)胞進(jìn)程。次生代謝過程中,誘導(dǎo)子或生理性刺激使細(xì)胞質(zhì)膜去極化、超極化或由于機(jī)械敏感性,膜上的鈣離子通道打開,Ca2+內(nèi)流;同時(shí),IP3(Inositol trisphosphate)、cADPR等與配體結(jié)合,使液泡膜上的Ca2+通道開放,液泡中Ca2+釋放,胞質(zhì)中Ca2+濃度升高。此類誘導(dǎo)子包括:外源ROS、IP3、以及寡聚糖、蛋白質(zhì)等能夠誘導(dǎo)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高,且不同刺激所觸發(fā)的鈣信號(hào)在幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和細(xì)胞內(nèi)定位等方面都存在差異。鈣峰的形成主要依賴于植物細(xì)胞質(zhì)膜上存在的電壓依賴型和牽張激活型兩類鈣離子通道,進(jìn)而引起鈣離子內(nèi)流。液泡膜上鈣離子通道可分為兩類:電壓依賴型和膜脂代謝產(chǎn)物IP3及環(huán)腺苷二磷酸核糖(cADPR)等配體激活型Ca2+通道。誘導(dǎo)的Ca2+峰直接激活或通過Ca2+傳感器(鈣調(diào)素,CaM)激活Ca2+/CaM依賴的蛋白激酶、蛋白磷酸酶、膜結(jié)合酶或轉(zhuǎn)錄因子,進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)。岳才軍等報(bào)道,鈣通過激活人參細(xì)胞體內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)移酶的活性影響人參皂苷的生物合成及其異質(zhì)性。總而言之,由激發(fā)子誘導(dǎo)的鈣離子通量對(duì)激發(fā)子誘導(dǎo)的次生代謝物質(zhì)的積累是非常重要的,具體的作用機(jī)制見下文。

(三)茉莉酸(JA)

JA、MeJA及其他衍生物統(tǒng)稱為茉莉酸類(jasmonates,JAs),是通過硬脂酸途徑產(chǎn)生的脂肪酸衍生物,是環(huán)戊酮衍生物之一。擬南芥中至少存在兩條合成茉莉酸族成員的途徑,即從亞麻酸開始的十八烷途徑和從十六碳三烯酸開始的十六烷途徑。多條合成途徑的存在為茉莉酸在植物響應(yīng)生物與非生物脅迫起重要作用奠定了基礎(chǔ)。植物體內(nèi)的茉莉酸及其衍生物是植物受外界刺激后反應(yīng)最快的信號(hào)分子,利用JA生物合成突變體spr-2及JA反應(yīng)突變體jai-1的研究表明,JA及其衍生物可作為長距離傳輸?shù)男盘?hào)分子發(fā)揮作用。依賴于茉莉酸類作為調(diào)節(jié)信號(hào)的重要的防御應(yīng)答也是植物次生代謝物積累的前提,茉莉酸類通過開啟一系列生物合成基因的協(xié)調(diào)表達(dá)從而在轉(zhuǎn)錄水平上影響植物次生代謝,進(jìn)而參與調(diào)節(jié)萜類和吲哚類化學(xué)信息分子的合成,如紫杉烷的生物合成基因GGPPS和TS及人參皂苷的合成基因SQS和SE。

(四)水楊酸(SA)

水楊酸是植物體內(nèi)普遍存在的一類酚類物質(zhì),化學(xué)名稱為鄰羥基苯甲酸,在植物的許多生理活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。自然條件下,SA可由植物體自身合成,含量較低,于韌皮部運(yùn)輸。除作為生理調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物的開花、側(cè)芽萌發(fā)、性別分化等生長發(fā)育過程中發(fā)揮作用外,作為植物抗病反應(yīng)的重要信號(hào)分子,它可以激活多種與抗病相關(guān)的植物防御機(jī)制,涉及并參與植物過敏反應(yīng)和系統(tǒng)獲得抗性(SAR)反應(yīng),在植物的抗病反應(yīng)中起重要作用。

在真菌誘導(dǎo)子誘導(dǎo)紅豆杉細(xì)胞時(shí)加入一定量的水楊酸促進(jìn)紫杉醇的合成。如在紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇的實(shí)驗(yàn)中,SA的類似物三氟水楊酸也可以發(fā)揮誘導(dǎo)子的功能。應(yīng)用毛狀根培養(yǎng)Brugmansia candida生產(chǎn)東莨菪堿和莨菪時(shí),SA能夠刺激兩種藥物在培養(yǎng)物中的釋放。Krinke et al認(rèn)為在SA所誘導(dǎo)的信號(hào)通路中,有磷脂酶D(PLD)的參與,PLD作為它的下游分子誘導(dǎo)基因表達(dá)。

二、胞內(nèi)信號(hào)分子的作用機(jī)制

(一)活性氧

一般情況下,胞內(nèi)H2O2濃度水平保持穩(wěn)定,但在脅迫條件下,H2O2濃度升高且作為第二信使引發(fā)胞內(nèi)一系列抗性反應(yīng),防衛(wèi)基因和次生代謝物合成基因的表達(dá),它可專一性地誘導(dǎo)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶以及谷胱甘肽過氧化物酶的表達(dá),外源H2O2處理菜豆懸浮培養(yǎng)細(xì)胞可誘導(dǎo)PAL、查爾酮合成酶等的表達(dá)。外源H2O2處理后擬南芥懸浮細(xì)胞中PAL的mRNA豐度增加。胞內(nèi)超量的H2O2可以通過NADPH氧化酶和脂氧合酶途徑啟動(dòng)茉莉酸生物合成,進(jìn)而激活下游防御基因的表達(dá)。

在Fe2+壓力下培養(yǎng)柏細(xì)胞時(shí),同樣產(chǎn)生大量的活性氧,進(jìn)而提高乙烯量及β-thujaplicin 的產(chǎn)量。這一結(jié)果證實(shí),對(duì)于β-thujaplicin的產(chǎn)生,H2O2是積極的信號(hào),而超氧陰離子自由基負(fù)面影響β-thujaplicin感應(yīng)并強(qiáng)烈誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。

適量的活性氧可以提高植物次生代謝物的產(chǎn)量,但過多的活性氧對(duì)細(xì)胞是有害的,自由基具有很強(qiáng)的氧化能力,很不穩(wěn)定,能持續(xù)進(jìn)行連鎖反應(yīng),對(duì)許多功能分子有破壞作用。水楊酸作為一種過氧化物酶可有效地消除H2O2等自由基,從而有利于降低膜脂的過氧化程度,因而在誘導(dǎo)子應(yīng)用中應(yīng)考慮互作。

(二)鈣離子

Ca2+通過兩種方式發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用,直接激活Ca2+依賴的蛋白激酶或通過激活Ca2+調(diào)節(jié)蛋白(如CaM) 的活性傳遞Ca2+信號(hào),響應(yīng)各種環(huán)境刺激。負(fù)責(zé)茉莉酸或其它信使如IP3、磷脂酸(PA)和甘油二酯(DAG)生物合成的磷酸酶是受Ca2+調(diào)節(jié)的一類主要酶。另外,傷害及MeJA 均可誘導(dǎo)番茄植株中CaM mRNA 的積累。Ca2+峰的另一個(gè)重要的作用是不同轉(zhuǎn)錄因子的激活,而轉(zhuǎn)錄因子則直接調(diào)節(jié)所有防衛(wèi)基因的表達(dá)。JA也可促進(jìn)水稻懸浮細(xì)胞中鈣調(diào)蛋白基因osMLo的表達(dá)。在擬南芥依賴JA 的傷害信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中,CaM可能作用于JA 的下游。

鈣誘導(dǎo)的鈣釋放是作用的第二種機(jī)制:即PLC對(duì)磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)(一個(gè)重要的磷酸肌醇)水解產(chǎn)生2個(gè)第二信使IP3和甘油二酯(DAG)。PLC需要Ca2+峰的形成來激活I(lǐng)P3能動(dòng)員植物細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體或液泡)中的Ca2+。因此IP3、Ca2+信號(hào)通路與激發(fā)子誘導(dǎo)的植物抗毒素的產(chǎn)生有關(guān)。

(三)茉莉酸

茉莉酸類可作為細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間的信號(hào)分子,通過與轉(zhuǎn)錄因子相互作用而調(diào)節(jié)防御基因的表達(dá)及次生代謝物質(zhì)的合成。其中作為誘導(dǎo)子誘導(dǎo)植物細(xì)胞生產(chǎn)更多的次生代謝產(chǎn)物的報(bào)道很多,如前所述,具體的作用機(jī)制目前認(rèn)為:茉莉酸類誘導(dǎo)與次生代謝物合成有關(guān)的關(guān)鍵酶基因的表達(dá)。茉莉酸進(jìn)一步誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核,活化蛋白酶抑制劑基因表達(dá)。但是有關(guān)JA在植物體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制及JA信號(hào)通路與其他信號(hào)通路間的相互關(guān)系尚不清楚。再有如對(duì)JA的受體缺乏了解。利用茉莉酸類對(duì)植物次生代謝途徑進(jìn)行誘導(dǎo),結(jié)合功能基因組學(xué)等相關(guān)技術(shù),進(jìn)行轉(zhuǎn)錄物分析,能進(jìn)一步闡明許多尚不清晰的次生代謝途徑.

Goossens研究組以煙草為實(shí)驗(yàn)材料,采用cDNA擴(kuò)增片段多態(tài)性分析技術(shù)(cDNA-AFLP),以茉莉酮酸甲酯作為誘導(dǎo)子,鑒定出近600個(gè)茉莉酮酸甲酯誘導(dǎo)的煙堿合成相關(guān)基因,更加明確了煙草中煙堿的生物合成途徑。此小組還利用CDNA-AFLP技術(shù),結(jié)合代謝組學(xué)方法,發(fā)現(xiàn)了長春花生物堿代謝途徑中417個(gè)基因標(biāo)簽的轉(zhuǎn)錄圖譜,和178個(gè)峰的代謝物圖譜,進(jìn)一步深入研究了長春花中生物堿的代謝途徑。Choi等利用EST數(shù)據(jù)庫,通過研究茉莉酮酸甲酯誘導(dǎo)的人參毛狀根系鑒定出了與人參皂甙生物合成有關(guān)的基因,進(jìn)一步闡釋了人參皂甙的合成途徑。目前已經(jīng)利用微陣列技術(shù)與功能基因組等研究方法篩選了一些茉莉酸類應(yīng)答基因,今后還要對(duì)這些基因的應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行深入研究,以便進(jìn)一步了解其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制及植物次生代謝途徑。

(四)水楊酸

水楊酸發(fā)揮作用沒有特異性。能夠誘導(dǎo)與次生代謝物質(zhì)合成有關(guān)的基因的表達(dá)。植物細(xì)胞對(duì)于SA信號(hào)的反應(yīng)目前已取得重大進(jìn)展。然而當(dāng)SA信號(hào)通路未能揭開之前,主要工作側(cè)重于相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的確定與識(shí)別。如SA處理后一個(gè)迅速發(fā)生的事件就是磷脂酰肌醇的水平的劇烈變化取決于PI4K的活力。應(yīng)用擬南芥細(xì)胞懸浮培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn),激活磷脂酶D(PLD)是水楊酸信號(hào)通路中的一個(gè)早期信號(hào)。在系統(tǒng)獲得性抗性中,生物體內(nèi)的SA同外源SA都能夠誘導(dǎo)相同的信號(hào)通路,最終導(dǎo)致發(fā)病機(jī)理相關(guān)(PR)基因的表達(dá)及防御蛋白的產(chǎn)生。如在煙草細(xì)胞中水楊酸觸發(fā)的蛋白磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)涉及到MAP激酶,特別是傷口誘導(dǎo)的蛋白激酶和SA誘導(dǎo)的蛋白激酶。另據(jù)報(bào)道,表達(dá)發(fā)光蛋白的煙草BY-2細(xì)胞經(jīng)SA處理后,其胞內(nèi)的鈣離子濃度升高。由此看來,SA的另一個(gè)作用機(jī)制與生物體內(nèi)的鈣信號(hào)有所相關(guān),具體相關(guān)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

通過多個(gè)信號(hào)通路進(jìn)行交談是植物轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的重要機(jī)制。本文綜述了當(dāng)前應(yīng)用誘導(dǎo)子對(duì)植物次生代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)過程中,胞內(nèi)信號(hào)分子如Ca2+、ROS、JA、SA等介導(dǎo)的植物次生代謝信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及其作用機(jī)制。文中部分環(huán)節(jié)是在前人實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的推測(cè)、假設(shè),許多環(huán)節(jié)的機(jī)理還不清楚,需要進(jìn)一步研究證明。植物次生代謝信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中,有關(guān)ROS是否直接參與JA合成的調(diào)節(jié),JA和SA相互影響的機(jī)理,活性氧、Ca2+與胞內(nèi)SA、JA等植物激素如何溝通進(jìn)而通過與次生代謝相關(guān)的代謝途徑如苯丙烷代謝途徑、異戊二烯途徑以及含氮次生物質(zhì)合成途徑的調(diào)控提高次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)量等問題急需早日解決,以為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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