全 文 ：植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成1
李春秀 齐力旺 王建华 汪阳东 史胜青 张守攻*
(中国林业科学研究院林业研究所生物技术中心细胞生物学实验室,北京 100091)
摘 要: 纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源, 1996 年克隆了第一个植物纤维素合成
酶基因,植物纤维素的生物合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶如 Korr ig an 纤维素酶, 蔗糖合成酶等来共同
完成。本文介绍了植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成途径及其相关基因如蔗糖合成酶基因、KORRIG-
AN 基因等研究进展。
关键词: 纤维素 植物纤维素合成酶 生物合成
Cellulose Synthase Gene and Cellulose Biosynthesis in Plants
Li Chunxiu Qi Liw ang Wang Jianhua Wang Yangdong
Shi Shengqing Zhang Shougong
( L aborator y of Cel l B iolog y , T he Resear ch Inst i tut e of For est ry , CAF , Bei j ing 100091)
Abstract: Cellulose, a cry stalline-1, 4-g lucan, is the w o rld s most abundant biopolymer and renewable ener-
gy sour ce. Genes fo r cellulose bio synt hesis in plants wer e isolated in 1996. M any cellulose synthases and ot her pr o-
teins such as Ko rr ig an endocellulase, sucr ose synthase had proved to be involved Cellulose bio synthesis in plants.
This paper review s the cur rent achiev ements in the field of g ene cloning and function studies o f plant cellulose syn-
thase gene and a pathw ay o f cellulose biosynthesis in plants.
Key words: Cellulose Cellulo se synt hases in plant Bio synthesis
纤维素的基本单位是吡喃式 D-葡萄糖, 以
-1, 4糖苷键相连,其葡萄糖残基约为 2 000~ 2 500
个。植物中的纤维素主要是以小微纤丝的形式存
在,一般微纤丝是由 36 根 -1, 4 葡糖苷链结晶而
成,它是植物细胞里的主要成分。自然界每年有
1 800亿吨的纤维素生成,是地球上最丰富的生物大
分子和重要的可再生资源[ 1]。随着社会的快速发
展,人类对植物纤维的需求激增,而过度利用自然界
的植物纤维资源将对人类生存造成极大的破坏。植
物纤维素生物合成机制的研究对材质改良, 木材定
向培育以及农业、造纸等化工业都十分重要。因此
通过了解植物纤维素的生物合成机理, 进而改善植
物纤维的质量与产量就十分必要。所以此类研究已
持续了 30多年,但进展缓慢。初期主要从生化角度
分离带有纤维素合成酶的细胞膜, 体外建立植物纤
维素合成体系来研究纤维素的生物合成。而事实上
以尿苷二磷酸-葡萄糖( U DP-glucose)为底物的酶很
多,如木质素合成酶,胼胝质酶, 半纤维素酶等, 仅得
到少数很短的纤维素片段,大多是胼胝质和果胶类
的物质。此外纤维素合成酶在体外很不稳定,无论
采取什么方法,都无法纯化出有活性的植物纤维素
合成酶。近几年, 人们改变研究策略,从核酸着手研
究植物纤维素的生物合成, 取得了可喜进展,并在植
物中克隆到了与细菌纤维素合成酶同源的基因, 很
多实验证据表明植物纤维素的生物合成是由植物纤
维素合 成酶亚基( cesA)组成的纤维素合成酶复合
收稿日期: 2005-04-12
1 基金项目:国家高技术研究发展计划 ( 863计划) 2001AA244060与 2003AA244020和国家转基因植物与产业化专项 J2002- B-005以及
十五科技攻关项目 2002BA515B0401和国家林业局 948项目 98-4-04-02资助
作者简介:李春秀( 1971- ) ,女,四川农业大学讲师,中国林业科学研究院分子生物学博士生,研究方向:林木分子遗传学
* 通讯作者: T el : 86-10- 62888900; Email: sh ou gon g. zhang@ caf. ac. cn ; Chunxiu li@ 126. com
生物技术通报
综述与专论 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 4期
体( Roset te)和其他酶共同完成的一个复杂过程。
1 植物纤维素合成酶基因
-糖苷转移酶的一些保守序列, 比较典型的如
DDDQ xxRW(天冬氨酸, 天冬氨酸, 自然界中除了
植物外,一些细菌、真菌和少量的低等动物也可以合
成纤维素,但它们的基因之间相似性较低。纤维素
合成酶基因首先在木醋杆菌( Acetobacter xy linum)
中发现[ 2~ 4]。Saxena 等 [ 5] 1995 年比较细菌中纤维
素合成酶与其它糖苷转移酶的氨基酸序列的结果发
现了天冬氨酸, 谷氨酰胺-x- x 精氨酸 色氨酸)。通
过对这些保守序列的同源性比较, 在棉花中发现了
第一个植物纤维素合成酶基因。Pear [ 6] 等以对棉花
纤维 CDNA 文库进行随机测序的结果观察到,该文
库中两个 CDNAS 包含细菌纤维素合成酶( Ces)与
其它糖苷转移酶的保守序列, 其编码的蛋白具有
DDDQ xxRW 等保守序列, 并且在 N-末端与保守的
天冬氨酸残基之间具有额外特异性片段, 显示出独
特的序列特征。表达分析显示: 棉花纤维形成中,这
两个 CDNA S在次生壁纤维生物合成时高水平表达,
他们因此推测它们可能编码棉花纤维素合成酶。
1. 1 与纤维素生物合成的关系
Saxena和 Brown [ 7]在公布的 EST 文库中进行
检索, 在几种植物中陆续发现了一些包含高度保守
序列的 cDNA。如: 拟南芥 、水稻、油菜等,但直接的
实验依据仍缺乏,仅推测它们可能是植物- 糖苷转
移酶的编码序列,直到植物细胞壁突变体发现后,潜
在的植物纤维素合成酶基因功能的验证成为可能。
Arioli等 [ 8]分别发现了拟南芥的射线膨大突变体
( radial Rw elling1, RSW1)与不规则木质部突变体
( irregular x ylem 3, irx3)。他们研究其中突变基因
表明, 这些突变基因与棉花中已发现的可以编码纤
维素合成酶的 CDNAs 高度同源 , 从而验证了棉花
中发现的编码纤维素合成酶基因的功能。另外还有
类似的突变体 Ix r1突变基因 AtcesA3, Isoxaben 是
植物纤维素合成的一种抑制剂, ix r1是对 Isox aben
不敏感的突变体类型, 其突变基因为 AtcesA3。At-
cesA6基因突变的突变体 IXR2,对 Isox aben也不敏
感[ 9]。这些突变体的发现是证明纤维素合成酶基因
参与植物纤维素合成的直接依据。迄今为止在拟南
芥中已发现 10个纤维素合成酶基因,其中已获得六
个基因的突变体 ( AtCesA1, AtCesA3, A tCesA4,
AtCesA6, AtCesA7和 AtCesA8) , 人们对其各自相
应的功能都有较清楚的了解, 各突变体均有特殊的
表现型,不同程度地影响纤维素的合成量和细胞壁
的结构,而其他四个基因( AtCesA2, AtCesA5, AtC-
esA9和 A tCesA10)的功能还不清楚, 用 T-DNA 插
入法得到的 AtCesA 2, AtCesA5, AtCesA9和 AtCe-
sA10的基因突变体几乎没有特殊表型, 无论是纤维
素的含量和细胞壁的结构都没有明显变化, 仅在
ATCESA2反义突变体中发现在茎的快速伸长期影
响细胞的伸长率, 但不影响成熟植株的最终高度。
以上事实说明 AT CesA2, AtCesA5, AtCesA9 和
AtCesA10四个基因可能有功能冗余的情况, 他们以
一种还不为人知的机制参与纤维素或细胞壁的生物
合成[ 10] 。
1. 2 结构特点
拟南芥基因组测序的 DNA序列信息, 推动了植
物中拟南芥的纤维素合成酶基因的深入研究。现以
拟南介纤维素合成酶基因 A tcesA1为例来解析植物
纤维素合成酶的序列结构特点(图 1)。首先,植物纤
维素合成酶的 N 末端一段氨基酸可形成一个特殊的
结构域, 类似于锌指状( zinc, finger)或 LIM 转录因
子构向[ 11, 12] ,此种该结构域具有保守序列 CxxC (半
胱氨酸氨-xx-半胱氨酸氨) ,与蛋白间的相互作用有
关。Kureketal等[ 13]研究表明, 在氧化条件下, 棉花
的 GhcesA能够结合两个锌原子。酵母双杂交分析
发现 GhcesA1 和 GhcesA 2是通过锌指结构域形成
同源或异源二聚体。他们的研究结果还表明通过破
坏纤维合成酶复合体玫瑰花结的空间结构来阻止结
晶纤维形成的除草剂, 是改变锌指结构域的氧化条
件, 阻止各蛋白锌指结构域之间的相互作用从而破
坏纤维素合成酶复合体的稳定结构。可见纤维素合
成酶基因的锌指结构域是维持纤维素合成酶复合体
稳定结构的重要功能区。
其次,植物纤维素合成酶包含有 2个高变区,其
中一个在 N 端, 约 150个氨基酸残基,富含酸性氨基
酸,其功能还不清楚。另一个在 A 区与 B 区之间,
约 50个氨基酸。A 区和 B 区是植物纤维素合成酶
基因所特有的保守区, A 区含有几个保守的天冬氨
酸残基,排列特征为 DxxDxD( D为天冬氨酸)。B
6 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 4期
区除含有一个保守的天冬氨酸残基外, 还有另一个
序列 QxxRw。现认为 A 区可结合纤维素合成的底
物:尿苷二磷酸-葡萄糖, 而 B 区则与纤维素合成酶
的催化活性有关。
图 1 植物纤维素合成酶基因的结构[ 14]
第三,共有 8个跨膜区, 其中有两个在 N-末端,
另外 6个在 C-末端。N 端和 C端跨膜结构域之间约
有 550个氨基酸长度的间隔, 具有典型的亲水性,可
形成环状 ( lo op)结构延伸至细胞质, 称为胞内区。
跨膜区是 -1, 4-葡萄糖苷链穿过质膜进入细胞壁的
重要通道[ 15] 。
图 2 ( a)鱼尾菊次生壁细胞膜上的微纤丝( b)鱼尾菊次
生壁细胞膜上的纤维素合成酶复合体[16]
通过对拟南芥 10 个纤维素合成酶编码基因比较发
现, 基因之间最大的差异在于某些区域内含子的有
无, 而植物纤维素合成酶基因所持有的特征如锌指
结构域、高变区、跨膜区高度相似, 尤其是具有催化
和结合功能的 A 区和 B区有高度的相似性, 可见他
们是功能上相似的基因。
1. 3 纤维素的生物合成需要多个纤维素合成酶基
因的共同参与
很多实验事实表明, 纤维素的生物合成需要多
个纤维素合成酶基因的共同参与。植物纤维素合成
酶基因表达的分析表明: 在同一个细胞的同一个发
育期有多个植物纤维素合成酶基因同时表达。最早
是 Tay lor [ 17]等在 2000 年获得的 IRX1突变体的表
型和 IRX3很相似,都表现为木质部的不规则和纤维
素含量的减少, 而且还发现这两个基因的表达部位
和时期都完全相同。为了进一步证明这两个基因间
存在相互作用, T ay lor 用免疫学的方法, 将 IRX1进
行附加表位处理后, 将蛋白混合提取物装入镍亲和
柱中,所有蛋白都吸附在镍亲和柱上。蛋白从镍亲
和柱中洗脱时, 只有与 IRX1有相互作用的蛋白才能
和 IRX1蛋白同时为咪唑洗脱出来。在初洗脱液中
检测出了 IRX3, 这一结果证明了 IRX1和 IRX3有
直接的相互作用,很可能组装同一个复合体, 还可能
以二源异聚体的形式组装在复合体中[ 18]。在杨树中
PtrcesA2和 PtrcesA1 分别与 IRX1 和 IRX3 同源,
它们在杨树中表达部位和时期相同, 都是在木质部
的次生壁形成期表达, 推测这两个基因可能在同一
个细胞中表达, 与次生壁形成相关[ 19] [ 20]。2003 年
Taylo r等得到的突变体 IRX5 是编码 AtcesA4 基
因,突变体表型和 IRX1, IRX3相同, 而且这三个基
因在同一个细胞中表达。在体外的蛋白提取物中,
这三个蛋白都有相互作用,并且在 IRX5突变体中再
反义敲除 IRX1和 IRX3基因,表型没有变化。以上
实验说明 IRX1, IRX3 , IRX5都是纤维素合成酶复
合体的必须的组成成分, 与次生壁的形成有关[ 21]。
在水稻中已证实, 与以上三个基因同源的三个水稻
纤维素合成酶基因也精确地在同一个细胞中表达,
组合在同一个纤维素合成酶复合体中, 与次生壁的
形成有关[ 22] 。
Kimur a等[ 23] 运用免疫细胞化学方法将棉花纤
维素合成酶的抗体标记于细胞膜上, 为一个呈六边
玫瑰型的多聚体。认为该多聚体是由多个纤维素合
成酶催化亚基组成的纤维素合成酶复合体,定位于
植物细胞的质膜上。电子显微镜下观察, 该多聚体
72005年第 4期 李春秀等: 植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成
是由六个亚基组成, 直径大约为 24nm ,并且位于微
纤丝的末端(图 2)。植物纤维素合成酶复合体的数
量与纤维素的合成量直接相关, 拟南芥 RSW1突变
体质膜上的玫瑰花结的数量明显少于野生型,而它
的纤维素合成量也明显少于野生型, 并有大量非结
晶-1, 4葡萄糖苷链的富集,可见六边玫瑰型的多聚
体是植物纤维素生物合成的功能复合体。植物纤维
素合成酶复合体的组装模型现在还没有一个公认的
模型。在 2002年 Doblin根据 Delmer 的观点提出了
如下模型(图 3) , 一个复合体由 6 个亚基组成,每个
复合体亚基由 6根 cesA 多肽链组成。每根多肽链
都有 8个跨膜螺旋结构, 在质膜上形成一个通道,有
利于新链从此通道穿过, 进入细胞壁, 36根新生链从
复合体中穿出形成原纤丝。每个复合体亚基中至少
有两种 cesA 多肽链 、, 其中 有 1和 2两种类
型, 1和两个相互作用, 2和另外一个 2以及两
相互作用。该模型可以解释一个细胞中有三种纤维
素合成酶基因表达的现象,。但无法解释有三个以
上纤维素合成酶基因共同表达的现象, 模型仅仅停
留在假说水平, 还没有证据证明该模型的存在。
图 3 植物纤维素合成酶复合体的组装模型[ 24]
可以推想, 纤维素合成酶复合体的组合模式应
该不是惟一的, 或许在不同的发育期,不同组织的细
胞中需要不同数量不同种类纤维素合成酶基因的表
达来组合成有功能的复合体以完成纤维素的合成。
从纤维素合成酶基因在植物中的表达来看, 在不同
组织不同的发育期纤维素合成酶基因表达的种类和
表达量不一致, 比如: AtcesA1( RSW)的表达量远远
高于 AtcesA 9。除了表达量不一样外, 表达的部位
和多少也不一样, AtcesA1几乎在植物的各个部位
都表达,而 AtcesA 9仅在叶片和茎的连接处表达。
在根和其它伸长区的细胞中 AtcesA1, 2, 3, 5, 6 同
时表达, 与初生壁的形成有关; 而 AtcesA 4, 7, 8 都
仅在有木质部的细胞中表达, 而且主要在次生壁的
形成期表达[ 24]。
2 参与纤维素生物合成的其它基因
除了纤维素合成酶基因外,还有其他基因在纤
维素生物合成中起作用。比如 KORRIGAN 基因,
蔗糖磷酸合成酶, 细胞骨架蛋白, 脂转移蛋白, 氧化
蛋白等。
KORRIGAN 基因编码 1, 4--D-葡糖酶, KOR-
RIGAN 基因突变体表现为纤维素的减少, 同时伴
有果胶合成的增加, 导致愈伤组织的过量形成。
MihjM 等证明了从芸苔植物中得到 KOR1酶的
同源物,可以特异酶切消化掉非结晶的 -1, 4-葡糖
苷链, 而对结晶纤维不起作用。这一事实说明
KORRIGAN 基因可能与纤维素合成中糖苷链延伸
的终止有关。另一方面 KOR1酶还能在体外将甾
醇纤维糊精上的固甾醇切除掉, 以利于结晶过程的
进行。当 KOR1酶失活,首先表现为结晶纤维的减
少,游离的非结晶纤维的积累[ 25]。可见 KOR1 酶是
植物纤维素生物合成必不可少的酶之一, 但它是如
何与纤维素合成酶复合体相互作用的还有待进一步
研究。
另一个参与纤维素生物合成的酶是蔗糖合成酶
( Sucr oses synthase) , 它与纤维素生物合成的底物
供给有关。Michelle 等实验证明在不同的三个异养
8 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 4期
系统中蔗糖合成酶( Sucr oses sythase)的活性, 能提
高纤维素生物合成的效率,它可以催化蔗糖和 UDP
反应,生成 UDP 葡萄糖和果糖, 直接为纤维素的
生物合成提供底物来提高纤维素的合成效率 [ 26]。
2004年 Konishi等[ 27] 的研究在植物体内进一步证
实蔗糖合成酶可以利用蔗糖合成 UDP- 葡萄糖直
接用于纤维素的合成, 他们将绿豌豆的蔗糖合成酶
基因转入杨树中,转入的外援蔗糖合成酶是整合在
微粒体膜上的, 过量表达这些膜上的蔗糖合成酶, 可
以明显增加标记放射性的蔗糖进入纤维素中, 同时
伴有果糖代谢的循环, 可见蔗糖合成酶可直接参与
植物纤维素的生物合成。
2002年 Ho fte等 [ 28]分离鉴定了一个新的基因
KOBITOI( KOBI) ,它在拟南芥细胞迅速膨大时期,
是纤维素的合成与分配中所必需的酶。另外 T RI-
CHOME BIREFRINGENCE( TBRI)基因在拟南芥
次生纤维素的分配中也起作用。
3 植物纤维素生物合成的途径和微纤丝的
排布
3. 1 合成途径
2002年彭良才等认为纤维素的生物合成包括
-1, 4-葡糖链的起始、延伸和中止, -1, 4-葡糖链延
伸与起始是完全分开的两个过程。彭良才等 2001
年研究发现 CesA蛋白粘附在用除草剂处理过的棉
纤维细胞壁片段中的非结晶纤维末端, 同时在这个
细胞壁片段中还能检测出少量的连着葡萄糖链的固
甾醇脂, 表明 CesA 糖基转移酶可能是以 SG(固甾
醇--葡糖苷)为引物起始葡聚糖的聚合反应。首先
以SG和 UDP-葡糖为底物生成SCD(固甾醇纤维糊
精) , 并在纤维素合成酶基因的催化下连续进行聚合
反应,然后由 KORRIGAN 酶切除聚合在多聚链上
的 SG(固甾醇--葡糖苷 ) , 进入纤维素的结晶过
程[ 29, 30] (图 4)。但 Schrick [ 31]等在研究拟南芥固甾
醇的生物合成和与纤维素生物合成关系时, 发现固
甾醇在拟南芥的纤维素生物合成中很重要, 而 SG
(固甾醇--葡糖苷)不一定是纤维素生物合成的唯
一起始引物。在拟南芥中编码 SG合成酶的两个基
因为 Sg1和 Sg2, 用 T-DNA 插入法同时敲除以上
两个基因,发现 SG的含量降低为对照的 1/ 30,而纤
维素的含量及细胞壁结构等却没有明显变化。另外
在拟南芥固甾醇合成突变体中, fackel、hydra1 或
dwarf1中固甾醇的水平都降到无法检测出来的水
平,但在 fackel和 hychra1 突变体中纤维素的含量
仅减少了 30% ~ 40%。而在 drarf1 中纤维素的含
量一点都没减少。这些实验事实证明: 在固甾醇和
固甾醇葡萄苷( SG)急剧减少或没有的情况下,植物
有足够的可以选择的起始引物来完成纤维素的合
成。但在固甾醇合成突变体 fackel和 hychra1 中也
发现胚生长失常, 纤维素减少和木质果胶沉积异位
的表型,说明固甾醇和固甾醇葡糖苷能很好促进纤
维素的合成和细胞壁的合成。然而, 它的促进机制
不一定是仅作为纤维素合成的起始引物, 很可能还
有不为人知的其它机制。比如: 固甾醇通过给 ro-
set te(植物纤维素合成酶复合体)提供良好的脂质膜
环境促进纤维素的合成, 或是作为一种分子信号控
制细胞壁合成基因的适时表达等。实际上, 1999
年[ 3 2]发表的文献中就有相关报道, 这些报道认为有
一个拟南芥调控分生组织起始分化和维管束间微纤
丝分化的亮氨酸拉链同源域转录因子基因 IFL/
REV ( INTEFASCICU LAR, FIBERLESSI/ RE-
VOLVTA)具有一个固甾醇/脂度结合区,固甾醇与
该结合区的结合是 FLI/ REV 基因表达的信号。从
以上分析可以看出植物的纤维素合成起始引物为某
些脂类物质,先合成脂葡萄糖, 再合成脂葡聚糖, 而
后由 KOR1酶切除脂, 最后成熟的葡聚糖结晶形成
微纤丝是一条可能的途径。但还有很多问题需要解
决,如除了固甾醇外,在植物体内还有哪些脂类物质
可以起始纤维素的合成, 在合成的各步骤中确切地
由哪些酶来催化反应的进行,各酶之间是如何相互
作用的,-1, 4葡聚糖苷链的中止是如何完成的。
3. 2 微纤丝排布
在微纤丝的排布研究中,最公认的就是微管说,
Ledbet ter和 Poter [ 33]将分化中的细胞用戎二醛( g-l
utaric aldehyde)固定之后在电子显微镜下观察, 发
现在接近原生质膜附近的原生质中存在着一层厚度
约 7nm 的壁, 其中直径在 23~ 27 nm 之间,这些细
管的大多数经常和细胞壁微纤丝的方向保持平行排
列,这些小器管称为叫微管。并推测这些微管决定
着细胞壁微纤丝的取向。其后各种植物中都发现了
微管的存在, 尤其是 Ronshow [ 34]详细研究了燕麦木
92005年第 4期 李春秀等: 植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成
质部细胞和美国槭树细胞壁形成过程和微管之间的
关系,他们通过木质部细胞分化全过程的观察研究,
发现多数微管经常积聚在最新形成的细胞壁微纤丝
的细胞质周边,并和纤维素方向平行排列,只有初生
壁构成的细胞微纤丝和微管的方向一致, 且与细胞
轴呈直角排列。美国槭树木纤维细胞次生壁的微纤
图 4 植物纤维素生物合成途径模式[32]
丝的方向也和微管的排列方向一致,呈螺旋状排列。
这样微管和微纤丝的方向经常一致,且微管与原生
质膜是结合在一起的, 因此推定微纤丝是通过微管
进行移动,微管同原生质的运动相关,间接地控制微
纤丝的方向。事实上如果将细胞壁形成中的植物用
秋水仙碱处理以后, 则微管的形成多受阻碍, 结果纤
维素微纤丝的取向也出现紊乱[ 35]。但微管排布如
何调控还不清楚,一般认为微管的延伸方向是受生
物物理胁迫提供的空间信号的刺激引导的。Debo-
r ah 等[ 36]的实验结果和假说的结论一致, 他们用除
草剂( Isox aben)处理正在延伸膨大的烟草细胞, 纤
维素的合成即受到阻碍, 细胞延伸停止,发现微管形
成也停止。除草剂的作用还是可逆的, 当除草剂被
去除,细胞延伸恢复, 微管延伸也恢复, 但 Isox aben
无论在体内还是体外都不会阻碍微管的聚合反应,
可见膨大延伸的空间信号刺激了微管的聚合反应。
以上事实还说明微管和纤维素的合成与排布信号是
相互影响的。John [ 37] 在拟南芥分化中的木质部中
发现三个与次生壁合成相关的纤维素合成酶均定位
于皮层微管处, 与此相反的是肌动蛋白微丝就和纤
维素合成酶的定位不一致, 可见纤维素的合成是和
微管的合成与排布是紧密相关的。
4 结束语
近 20年来植物纤维素的生物合成研究取得重
大进展, 但仍然有很多问题没有得到根本解决。首
先是植物纤维素的生物合成起始底物的供体和受体
还没有明确,只是知道固甾醇葡糖苷是可能的起始
引物,固甾醇是可能的底物受体,而底物的供给还没
有一个明确的途径, 只知道蔗糖合成酶可能可以促
进底物的供给而提高纤维素的合成效率。我们认为
植物纤维素生物合成底物的受体的研究是一很重要
的研究方向,明确了受体将为我们在体外模拟植物
纤维素的合成提供第一步的依据。
其次, -葡萄糖苷链延伸是由植物纤维素复合
体完成的,植物纤维素合成酶复合体的组装模型和
作用机制应是一研究热点,因为体外表达的单个纤
维素合成酶是不能合成 -葡萄糖苷链的, 或许在植
物体内单个的纤维素合成酶也没有活性, 因此复合
体的组装和作用机制将是揭开植物纤维素生物合成
之迷的关键,也是我们在体外模拟植物纤维素合成,
合成人造植物纤维的重要技术核心。
第三是木材的纤丝角和纤维长度均影响纸张的
质量,棉花和亚麻纤维的长度和韧性直接影响其经
济价值,这些经济性状是由哪些基因控制的或是由
植物纤维素生物合成的哪一个关键环节决定的, 这
些都是非常重要的研究点,从以上分析我们认为纤
维长度很可能与 -葡萄糖苷链的终止有关,而今对
10 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 4期
纤维素延伸的终止机制了解非常少,另外纤丝角与
微纤丝的排布规律有关, 对这个问题虽然有一些研
究,但距离直接用于改良植物的性状还有很长的路
要走。可见,在植物纤维素生物合成领域是有非常
广阔的研究空间。
参 考 文 献
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番鸭 IFN-基因的克隆与序列分析 国内信息
广东华南农业大学兽医学院王春霞、王林川和黄爱芳等 6位先生从经免疫的番鸭外周血分离淋巴细胞,
经 PHA 刺激培养后提取总 RNA,采用RT-PCR法, 按照 GenBank中序列号为X84764鸭 I型 IFN( DIFN1)
基因设计引物,扩增出了番鸭 IFN 基因, 命名为 MDIFN-, 包含编码 MDIFN-成熟蛋白全部核苷酸序列。
DIFN1开放阅读框架( ORF)有 576个核苷酸, 编码 191个氨基酸,其中除去信号肽的 IFN-为成熟 DIFN1,
共有 486个核苷酸组成, 编码 161个氨基酸,含有不完整信号肽的 MDIFN-与 X84764的核苷酸同源性为
97. 7%。故他们 6位先生从研究结果和大量参考资料中推导氨基酸同源性为 95. 7% ,后来研究的结果显
示,那种 MDIFN-可能为鸭 I型 IFN一个新的亚型。 秦春圃
112005年第 4期 李春秀等: 植物纤维素合成酶基因和纤维素的生物合成