全 文 ：植物生理学通讯 第 44 卷 第 l期 , 20 0 8 年 2 月
查尔酮异构酶基因的分子特征及其在基因工程中的应用
吴冰 ‘, 祝钦珑’,2 , 郭余龙 ’, 畦顺照 ‘, 皮伟 ’, 李名扬 ’,*
, 西南大学园艺园林学院 , 花卉研究所 , 重庆 4 0 0 7 16 : 2 华南农业大学生命科学学院 , 广东省植物功能基因组与生物
技术重点实验室 , 广州 5 10 64 2
M o le c u la r C h a r a e te r istic s o f C ha le o n e Is o m e r a se G e n e a n d Its A PPlic a tio n in
G e n e E n g in e er in g
w U Bin g
, ,
ZH u Qi
n 一L o n g ’
,
2 , o u o 物一Lo n g ‘, su l sh u n 一劝a o , , Plwe i’, L lM in g 一Yan g ’,’
‘
,n s ritu te of o rn a m e n r 尸la n ts , co lle g e of 物rt ie u zru re a n J切 n 山c即e , so u 功w e s t vn iv ers i仰, Ch o n g叼in g 4 0 0 7] 阮Ch in a ,. ’Ke y
切bo ra to 尽 of Pla n rFu n c tio n a lG e n o m ie s and B io te c h n o lo舒 of E du ca ti o n D 印a rtm e n r of G u a n gdo n g Pro v in c e , Co lle g e of L沙
Sc ie n e e s
,
So u th Ch i
n a A g ri e u ltu ra l Un i
v e rs i妙, G u a n g zh o u 万10酬2 , Ch in a
提要 : 介绍了查尔酮异构酶(C H l)的结构与作用机制 、 C月了基因的结构特征 、 系统进化 、 时空表达特性以及在基因工程
中的应用研究进展 。
关键词 : 查尔酮异构酶; 分子特征 ; 基因工程
类黄酮是植物的次生代谢产物 , 参与植物花
色的形成 、 紫外光辐射防护 、 抵抗病原体 、 花
粉发育、 植物激素运输以及豆科植物根与根瘤菌
之间的相互作用 , 其生理功能是多方面的 。 查尔
酮异构酶(e ha le o n e iso m e ra se , C班 , EC 5 . 5 . 1 . 6)是类
黄酮合成途径中早期阶段的关键酶之一 , 是植物
花色素普生物合成和豆科异黄酮植物植保素合成所
必需的酶 , 它以单体的形式普遍存在于大多数植
物中, 其蛋白的三维折叠结构在植物中具有惟一
性 , 己被 看成 是 一 种 植物 特 有 的基 因标 记
(G e n sh e im e r 和 M u s he g ia n 2 00 4 )。 因此 , C万了基
因调控机制的研究对于了解豆科植物异黄酮生物合
成特性和花色形成的分子机制有重要的意义 。
1 曰盯基因的分离和结构
198 7 年从法国豌豆任r以nc h be an )中采用抗体
技术分离出 c石叮基因(M e hd y 和 L an d 19 55)。 1 985
年 , 在矮牵牛(P et un ia hybr ida )中以相同的方法得
到 C万了(v a n T u n e n 等 1 9 88 )。 后来又用同源克隆
的方式相继在拟南芥(A ra b id op s is th al ian a) 、 菜豆
(p ha se o lu s v u lg a r is )
、 首蓓(Me d ic a g o sa tiv a )
、 翠
菊(Ca llisteP hu s c h in en sis)、 橙(C irru s sin e n s is )、 烟
草(Ni c o ria n a ta b a e u m )和玉米(ze a m a夕s)等多种植
物中克隆得到 。 主要是在草本植物中克隆得到
CH I基因 , 更多的序列信息可在 N C B I 网站上获
得 。 迄 今 在细 菌 中 也 分 离 到类 C H I 蛋 白
(G e n she ime
r 和 M u sh e g ian 2 0 0 4) , 如在人类粪便的
厌氧真细菌(E u ba c te r iu m ra m u lu s)中也纯化到 CH I
蛋白 , 这种蛋白具有异构化抽皮素 、 紫铆因 、 异
甘草素的活性 , 能将这些物质异构化 , 然后还
原 、 脱水 , 最后降解成间苯三酚和 3 一(4 一 轻基卜丙
氨酸(H e rle s 等 2 00 4 )。
CH I一般分成 2 种类型(S him ad a 等 2003 ) : 类
型 I是只能催化 6 一 轻基查尔酮转变成弘 轻基黄烷
酮 , 除豆科光叶百脉根的均c H I一2 属于该类型外 ,
类型 I存在于绝大多数非豆科植物中 ; 类型 H 是
存在于豆科植物中 , 能催化 6 ’一 脱氧查尔酮和 6 ’-
轻基查尔酮生成异黄酮类化合物和黄酮类化合物 。
迄今的研究表明 , 除在植物中普遍存在外 , 在真
菌 、 粘土霉菌和很多 Y蛋白细菌中都存在与植物
C月Z直向同源的类 CH I蛋白基因 , 根据 G en shei m er
和 M u sh e g ia n (20 0 4 )的研究结果 , 真菌和细菌中
的类 CH I蛋白家族可归为 CH I的类型 m , 如人粪
便中的厌氧细菌(Eu ba e te ri u m ra m u lu s)的 CH I蛋白。
C石叮基因编码的蛋白一般为 2 10 一2 4 0 位氨基
酸 , 蛋白间的同源性约为 5 0 % 一8 0 % , 其中 I 型
CHI 内部的氨基酸比对的一致性(约 80 % )高于 n 型
CHI 内部的氨基酸(约 5 0% ) , 这 2 种类型均具有约
20 个氨基酸组成的保守的查尔酮结构域和多个活
性相关的保守氨基酸残基(图 1)。 C万z基因的典型
收梦 2 0 0 7 一 1 1 一0 5 修定 2 0 0 8 一 0 1 一0 2通讯作者 (E 一 m a il : lim y @ s w u . e d u c n : T e l : 0 2 3 -
6 8 2 5 0 0 8 6 )
。
植物生理学通讯 第 4 4 卷 第 1 期 , 20 08 年 2 月
结构一般由 4 个外显子和 3 个内含子组成(图 2) 。
在单子叶植物中 , 玉米含有 3 个 C万了基因 , 而在
水稻和大麦中只有单一基因 , 除大麦的 CHI 基因
是由 3 个外显子组成外 , 玉米和水稻都由 4 个大
小相近的外显子组成(D ru k a 等 20 0 3 )。 在双子叶
的非豆科植物中 , 拟南芥和矮牵牛中都含有 2 个
C石叮基因 , 而油菜中可能含有 6 个 C石叮基因(许本
波 20 0 6) , 除油菜的 B o c 万了一2 含有 5 个外显子外 ,
其余都符合典型结构 。 上述几种植物都属于含有
I 型 C H I 基因 。 在豆科植物光叶百脉根 (L ot “ :
少即口ni cu s) 的 5 号染色体上串联排列着 4 个 c 月z基
因 , 除 Lj CHI 一 2 只含有 3 个外显子 , 且属于 I型
CHI 基因外 , 其余的豆科植物及光叶百脉根所含
有的其余 3 个 C刀了基因的结构都与典型结构一致 ,
且都是属于 1 型 c HI 基因 。 Lj CH I一 2 是 目前发现
的惟一属于豆科植物的 I型 C石叮基因(S hi m ad a 等
2 0 0 3)
。 由此可以看出 , 不同种属的 CH I氨基酸
序列或核酸序列存在一定的异同 , 同时其基因结
构也存在差异 , 分析 C万了同源基因的结构对研究
种属和种间差异很重要 , 同时其内含子的这种多
样性变化 , 也为研究内含子进化起源提供了十分
有用 的模型 。
2 C H I蛋白的作用机制
CH I是类黄酮代谢途径中的第 2 个关键酶(图
3)
, 催化分子内的环化反应 , 其底物为 CH S 催化
合成的查尔酮(4 , 2’ , 4 , , 6 , 一 四经基查尔酮)或 6几脱
氧查尔酮(4 , 2 , , 4’ 一 三经查尔酮)。 在 C H I的作用
下 , 底物的 2 , 位经基失氢与 p 位断裂的碳碳双键
形成 “ 一 0 一 ” 键 , 从而分别形成分子内环化的
(2 s)
一 黄烷酮(5 , 7 , 4 , 一 三经查尔酮)或(2 S) 一5 一 脱氧黄
烷酮(7 , 4 , 一 二经查尔酮 ) , 其环化反应都需要底物
具有 2 , 位轻基基团(Je z 等 20 0) 。 CH I催化活性具
图 l 植物的I型和 n 型 CHI 氨基酸多序列比对(Je z 等 20 0 和 Shi m a da 等 20 3)
根据从 N c B I 上下载典型植物的 I 和 H 型 C H I序列 , 用 v ec tor N T I A d v a n c e 1 0 软件分析得到 。 星号表示各活性位点 ; 圆圈
表示形成活性部位的核心区域 : 三角符号表示可能涉及到的与底物特异性结合相关的位点 。 拟南芥(A ra bi doP : 15 th al ia n a) ; 翠菊
(c itr u s : in e n s is ): 大麦(枷rae u m v u zg a r e ): 光叶百脉根住o ru : j即 o n ie u s) : 首蓓(材 ej ic a g o : a tiv a ): 水稻(o 口z a sa riva ): 菜豆(p 人a s eo zu s
v u lg a r is )
·
植物生理学通讯 第 44 卷 第 1 期 , 20 08 年 2 月
有立体异构性 , 并且具有 p H 依赖性 , p H 为 7 . 5
时 , 催化活性为 9 0 % , 而在 p H 为 6 . 0 时的催化
活性只有 5 0 % (Je z 和 N o e l 2 0 0 2 )。 虽然这一过程
可以自发发生 , 但在 CH I的催化作用下其反应速
度是原来的 10 7 倍(B e d n ar 和 H a d c o c k 19 8 8), 而且
能优先形成具有生物活性的(2 5) 一 黄烷酮 。
首蓓 c H I蛋白(P 2 8 0 1 2) 的三维结构己被注
释 , 其整体形状类似于倒置的花束 , 具有三明治
样的折叠形式 , 其核心结构 由一个大的 p 片层
(ps一p7 和 plo一pll)和处于对位的 a 螺旋(a l一a 7)
组成(图 4) , 其结构在植物中具有惟一性(J e z 等
2 0 0 0)
。 根据这一三维结构及突变分析 , 认为在
CH I催化反应中 , T 4 8 、 Y 10 6 、 N l l3 和 T 1 90 四
个氨基酸残基的作用最重要 , 它们共同构成 C H I
的核心活性中心(Je z 等 2 0 0 0) 。 T 48 通过氢键与查
尔酮相作用并可能直接参与催化反应 , 而 Y 10 6 则
可能稳定与酮基氧相接触的水分子 , N ll3 和 T 19O
与查尔酮 4’一 经基基团形成氢键并使酶 一 底物复合
物激化 。 T 4 8 、 Y 1 0 6 和 N 1 13 在不 同物种中都是
保守的 , 但 T 1 9 0 只有在豆科植物 C H I 中是保守
的 , 而在非豆科植物 C H I 中的第 1 9 0 位苏氨酸
(T hr )被丝氨酸(S er )取代 , 其它保守的活性位点见
图 1 。 虽然真细菌 E . ; a m ul u : 中的 C H I蛋白具有
异构化柏皮素 、 紫铆因 、 异甘草素为相应查尔酮
的活性 , 但植物中的 CH I蛋 白末梢的 a 一 螺旋区域
包含几个可以促使植物 C H I产生二聚作用 的氨基
酸残基 , 在细菌等低等生物中不含有这些氨基酸
残基 , 因此低等生物中虽然有类 CH I 的蛋白 , 但
不会形成相似的二聚物(H e rle s 等 2 00 4 )。
3 CH I基因的表达特性
来源于不同物种的 C刀了基因在不同发育期和
不同部位的时空表达特性有所不同 , 并具有损伤
诱导表达特性 。 在矮牵牛中 , 2 个 CH I基因的表
达方式不同 , CH I一A (A F 2 3 3 6 37) 在花冠 、 导管 、
成熟的花粉和 经紫外线照射 的幼苗中表达 , 而
C刀了一B (x 14 5 90) 仅在未成熟的花粉中表达 。 在其
花冠 、 球茎和花药的发育过程中 , C万S一A 、 C万5 -
J 与 C H I酶的积累和消失受光调控和紫外辐射诱
导 , 并存在协 同性 , 有人认为 , 这种协 同性积
累效应是 O叨基因和 C月5 基因 m R N A 协同表达的
结果(v a n T u n e n 等 19 8 9 )。 在油菜中 , CHI 基因
家族的 6 个成员的总体转录水平在检测的根 、
叶 、 茎 、 蕾 、 花 、 种子和 果皮中均有表达 , 以
蕾中最强 , 花 、 茎和叶中也较强 , 子叶中最弱 。
各成 员具有不 同的表达特征 , B n CH I一 1 有较强的
组织特异性 , 蕾中最强 , 其次是 花和叶 , 茎 、
下胚轴和叶等器官中较弱 。 B n CH I一 2 和 B n CH I一3
在所有器官中的表达水平都可能极低 , 仅在花和
各发育时期的种子中有弱的表达 。 B n CH I一4 表现
出明显 的较强水平的组成型表达特点 , 以蕾中为
最高 , 其次是花(许本波 2 0 0 6) 。 在豆科植物首蓓
中 , CH I在根尖和幼根中有很高的表达水平 , 而
植物生理学通讯 第科 卷 第 l 期 , 2 00 8 年 2 月
聪PALc4H丙.上甲墓苯
香豆献。A+ 3 x 丙二酩oA
、 、 CHS/ CHR
、、
6
,脱氧查尔阴 (6 , 一h了dr o x yc ha le o n e ) 6 ,独基查尔用 (6 , 一de o : ye ha le o n e )
类型 I
CI I
类型 1
袖皮索昔 (5 , 7, 4, 一t r ihydr o x yc ha le o n e )
F3H毒
甘草索(7 , 4 , 一d ihyd r o : ye ha lc on e)
I
二组茨非醉
F3
,
5
,
H
- 州卜
十‘FS
异黄困
IogrFOHIPRTs
土V山V甲占
DFR }塑虽 !
3“ 甲
天竺葵色素普
6J.F.
醉卜皮眯房.山甲翔邀FRNsGTI翻
首拾t
异黄阴途径
图 3 花色素昔和异黄酮生物合成途径(S ni m ad a 等 20 3)
P A L
: 苯丙氨酸脱氨酶 : C 4 H :
黄酮 3 一 羚化酶 ; F3 ’H :
肉桂酸梭化酶 ; 4 C L : 4 一 香豆酞 C o A 连接酶 ; C H S : 查尔酮合成酶 ; C H I : 查尔酮异
构酶 ; F 3 H : 类黄酮 3 ’一 轻化酶 ; F3 ’5 ’H : 类黄酮 3 ’5 ’一 羚化酶; D F R : 二氢黄酮醇 4 一 还原酶;
花色素普合成酶 ; 3 G T : 类黄酮 3 一 O 一 糖基转移酶 ; IF S : 异黄酮合成酶 ; IF R : 异黄酮还原酶 ; IO M T : 异黄酮 IH
酶 ; IF O H : 异黄酮 2 一 轻化酶 ; P T S : 植保素合成酶 。
A N S
:
基转移
子叶和花中的 CH I基因只有比较低的表达水平 ,
损伤诱导可以导致子叶中 C万Z的转录水平快速提
高 , 和 c 万5 也具有协同表达的特性(M o K h a n n 和
H ir sc h 1 9 9 4)
。 在光叶百脉根中 , 用还原型谷胧
甘肤(g lu tathio n e , G SH )诱导幼苗后 , 在 lo h 时 c 石叮
基因表达量达到最高 , 其各成员间也存在表达差
异(S h im a d a 等 2 0 0 3 )。 在另外几种豆科植物中 ,
细胞在诱导后 3科 h其 In R N A 表达就可达到最大水
平 。 真菌病原体(CO lle to tric hu m lin de m u th ia n u m )侵
染胚轴和胚轴受到机械损伤后 , 细胞内 C万了基因
的m R N A 明显积累 , 在受伤后感染的田著 、 首楷
和豌豆根 部和根瘤 处 也能检测 到 C H I 表达
(G o o rm ac htig 等 199 9 ; ‘m 等 200 5 , 199 7 ; Y an g
等 1 9 9 2 ) 。
降低或抑制 C石叮表达活性会直接导致上游产
物的积累和下游反应底物的缺乏 , 从而引起颜色
的变化 。 拟南芥中的 CHI 基因突变(t t匀会导致种
皮由黑色变为无色(K o o rn n e e f 199 0)。 矮牵牛中编
码 C石叮基因的 尸口 位点突变后 , 突变的花粉因查尔
酮的积累而变成黄色或绿色(B e d n a r 和 H a d 。o c k
1 9 8 8)
, 而在矮牵牛花突变体中 , 花药中 CHI 的
启动子突变后使 CHI 表达下降 , 并导致花粉颜色
变成黄色或绿色(v a n T u n e n 等 1 9 9 1) 。 康乃馨
(D ia n th u s e a 尽叩h夕llu s)、 翠菊(C . e h in en s is )和仙
植物生理学通讯 第 4 4 卷 第 1 期 , 2 00 8 年 2 月
图4 用 V iew erP ro Tri a l4 2 软件显示的已知首蓓 CH I蛋白
(M se H I
,
P Zso l Z)的三维结构和底物抽皮素营
(N an n g e n in )的结合位置(Je z 等 200 0 )
客来(伪cl a m en p ers icu m )中 c石叮基因的表达活性降
低后 , 积累大量查尔酮 , 并产 生黄色 的花 朵
(F o rkm a n n 和 D a n g e lm a yr 19 8 0 ; K u h n 等 1 9 7 8 ;
Mi yaj im
a 等 1991 ), 而由于转座子的插入失活造成
C为叮和 DFR 的突变同样导致康乃馨的花色变为黄
色(Ito h 等 1 9 9 2 )。 CHI 在大麦 、 洋葱的失活则导
致黄酮含量急剧下降和查尔酮含量增加 , 洋葱出
现黄色球根(R e u be r 等 19 9 7 : 兀m 等 2 0 0 4 )。 上述
CH I基因的表达特征清楚的表明 , CHI 广泛参与
类黄酮代谢过程 , 在植物花色和其他器官颜色的
形成中起作用 , 它与异黄酮植保素的合成紧密相
关 , 并涉及到豆科植物对外界的抗胁迫能力 。
4 CH I 基因的系统进化
根据一些己知的 CH I蛋白序列 , 用 Cl us tX 1 . 8
软件进行比对后 , 再用 N J法构建成不同物种 C H I
蛋白的系统进化树 (图 5 ) , 用来源于 巴氏杆菌
(P as te
“re lla m o lto ci da )的类 C班蛋白作为外围参考
物种(o ut g r o u P) 。 从图 5 中可看出 , 来源于细菌
的类 CH I蛋白位于最外支 , 而所有植物 CH I蛋白
聚为内支 , 说明两者在进化来源上存在差异 , 具
有相同的保守区域及活性位点的植物 CH I蛋白均
来源于同一个祖先 ; 另一方面 , 除豆科光叶百脉
根的Lj CH I一2 外 , 来源于豆科的几种类型 1 的 c H I
蛋白都聚为一支 , 其他非豆科的类型 n 的 CH I蛋
白都聚为另一支 , 其中来源于单子叶的 CH I蛋白
又聚为一个小支 。 由于豆科 Lj CH I一 2 在功能活性位
点上与同科的 C H I蛋白存在差异 , 而与非豆科的
类型 I的结构更为类似(图 4) , 这说明不同类型的
古咔挤
工巴酬
古伟资
工HO侧口
CH I 大麦 (AF 4 7 4 9 2 3 )
CH I 水稻 (AF 4 74 9 22 )
CH I 玉米 (Q0 8 7 0 4 )
CH I 葡萄 (P5 1 1 1 7 )
Cl l 拟南芥 (P4 1 0 8 8 )
CH I 萝 卜 (0 2 2 6 5 1 )
CH I 翠菊 (BA 3 6 5 5 2 )
CH I
一2光叶百脉根 (QSHOG I)
CH I 康乃殊 (Q4 3 7 5 4 )
CH I 牛奶子 (0 6 5 3 3 3 )
CHIA 矮牵牛 (AAF6 0 2 9 6 )
CHIB 矮牵牛 (Pl l6 5 1 )
CH I 圆叶牵牛 (0 2 2 6 0 4 )
CH I
一 l光叶百脉根 (AB 0 5 4 8 0 1 )
CH I
一4光叶百脉根 (CAD6 9 0 2 2 )
CH I
一3光叶百脉根 (QSHOF6 )
CH I 首藉 (P2 8 0 1 2 )
CH I 野葛 (Q4 3 0 5 6 )
CH I 菜豆 (P1 4 2 9 8 )
类CH I巴氏杆菌 (即- 2 4 5 7 6 1 )
l
一
|
l1 |引叼」
一
l
J |
9 9 lse
. .
es— L一- - - -
「
图 5 用 N J (N ei g h b or joi ni n g) 法构建的不同物种 CH I氨基酸序列同源性系统进化树
康乃馨(D ia n th u s e a柳。尸h夕llu s) ; 牛奶了(E la e a g n u s u m b ella ta ): 圆叶牵牛(IP o m o ea 夕u , u r e a ): 巴 氏杆菌(p a s re u r e lla m u lt o e id a ) :
矮牵牛护 e t u n ia 人y石rija ); 野葛(p u e r a r ia 20 占a ta ): 萝 卜(R即 h a n u s s a tiv u s): 葡萄(vi ris v in ife r a ): 玉米(Z e a 胡 a 夕s) 。 其余物种的拉丁文
名称见 图 1 。
植物生理学通讯 第 4 卷第 1 期 , 20 08 年 2 月
C H I蛋白其功能在进化上是保守的 。 因此 , 推测
进化上的 n 型的 C H I蛋白先于 I型蛋白出现 , 当
活性位点发生突变失去催化 6 , 一 脱氧查尔酮的功能
时产生 I型 C H I蛋白 。
5 CH I在基因工程中的应用
CHI 是第一个为人们所认识的类黄酮合成相关
酶(M o u sta fa 和 w o n g 1 9 67 ) , 紧接查尔酮合成酶
(e hal eo n e syn山a se , e H s), 处于类黄酮生物合成途
径中的早期阶段 , 对整个类黄酮次生代谢的调控
十分重要 。 但与 C月叹 的研究相比对其直接的应用
研究报道还比较少 , 因此有较大的研究和应用空
间 , 近年来已引起了人们的重视 , 其应用主要集
中在观赏植物的花色改良、 植物药用成分提高和
农作物营养成分增加等几个方面 。 20 1 年M u ir 等
报道番茄中超量表达矮牵牛 C石rI - A 基因后 , 其果
皮中黄酮含量增加 76 倍 , 果肉中黄酮醇也增加 21
倍 , 且无明显的表型变化 。 2 0 0 4 年 , 祝钦垅报
道矮牵牛中表达来源于雪莲的 C万了基因后 , 花色
发生变化 , 花器官也发生变异 。 他们采用超量表
达引发共抑制和反义抑制的方法后 , 其深红色矮
牵牛的颜色变浅 , 并出现深色网状纹路 , 部分还
带有白色斑块 , 柱头颜色也由原来的深绿色变成
浅绿色 。 而在白色矮牵牛中超量表达后 , 花冠边
缘出现浅粉红色的纹路 , 花冠中部也出现浅粉红
色的斑块 。 20 05 年 , N ish th ar a 等用 R N A i干涉技
术抑制烟草内源 C厅Z表达 , 烟草的花瓣和花粉颜
色变淡 , 黄酮含量也有改变 。 200 6 年李凤霞等(Li
等 2 0 0 6 a) 将来源于雪莲的 C H I基因在烟草中表
达 , 转正义结构超量表达 C万了的转基因烟草中总
黄酮含量积累显著高于非转基因的烟草 , 最高的
高出 6 倍 , 而转反义 C万了基因的烟草中积累的总
黄酮水平较低 , 两者均未观察到花色有显著变
化 , 在转正义 C万2烟草中芦丁积累也很高 。 其原
因可能是该品种烟草(‘w 3 8 ’)花瓣中的花色素普
底物积累较少 , 因而颜色变化不大 。 同年 , 李
凤霞等(Li 等 Zo 6b )还将雪莲的 〔升了基因导入新疆
雪莲 , 得到转基因的新疆雪莲毛状根 , 此种转基
因毛状根合成芹菜素和总黄酮水平显著提高 , 分
别是非转基因植株根系的 12 倍和 4 倍 , 而芹菜素
和总黄酮是名贵中药的有效药用成分 。 这些研究
表明 C月了是黄酮代谢途径中的一个调控点 , 广泛
参与类黄酮的代谢调控 , 对开展类黄酮代谢的基
因工程的研究有重要的理论和现实意义 。
总之 , 近 20 年的类黄酮次生代谢基因工程的
发展 , 包括 C万了在内的多个关键酶基因得到了详
细研究 , 在植物花色调控 、 增进植物抗生物与非
生物胁迫 、 与共生生物的相互作用 、 改善食品品
质 、 增加药物有效成份等方面取得了很大的进
展 。 如能采用多基因 、 多途径 、 多策略协同的
方法进行操作有可能突破单基因 、 单途径和单一
策略的限制 , 提高类黄酮次生代谢基因工程的调
控精度 。 相信随着基因工程技术的发展和完善 ,
类黄酮次生代谢基因工程定会取得更大的成就 。
参考文献
许本波(2 0 0 6 ). 甘蓝型油菜类黄酮途径 C H I、 F3H 和 F3 ’H 基因
家族的克隆及在黄 、 黑籽之间的差异表达 . 西南大学博士
学位论文
祝钦拢(2 0 0 4) . 转查尔酮异构酶(C H I) 基因矮牵牛花色改变及其
花器官变异的研究 . 西南农业大学硕士学位论文
B e d n ar R A
,
H a d e o e k JR (1 9 8 8)
.
Pu rifi e atio n a n d e ha ra e te riz a
-
tio n o f e h a le o n e iso m e r a se fr o m so yb e a n s
,
J B io l Ch e m
,
2 6 3 : 9 5 8 2 ~ 9 5 8 8
D ru k a A
,
K u d r n a D
,
R o sto k s N
,
Bru e g g e m an R
,
V o n W
e ttste in D
,
K le in h o fs A (2 0 0 3 )
.
C ha le o n e is o m e ra s e g e n e fr o m rie e
(O ry z a s a riv a ) a n d b a rle y (H o r d e u m v u lg a re ): Phy s ie a l
,
g e n e tic a n d m u ta tio n m a PPin g
.
G e n e
,
3 0 2 (l~ 2 )
: 1 7 1 -
1 7 8
Fo rkm a n n G
,
D a n g e lm a yr B (1 9 8 0)
.
G e n etic c o n tro l o f e ha le o n e
is o m e ra se a c tiv ity in fl o w e r s o f D ia n th u s c a ry op hy ll
u s
.
B io e he m G e n e t
,
1 8 : 5 1 9 ~ 5 2 7
G e n sh eim e r M
,
M u she g ian A (2 0 0 4 )
.
C ha lc o n e iso m er as e fa m ily
a n d fo ld : n o lo n g e r u n iq u e to Pla n ts
.
Pr o te in Se i
,
1 3 (2)
:
5 4 0 ~ 5 4 4
G o o rm
a ch tig S
,
L ie v e n s S
,
H e rm a n S
, v a n M o n ta g u M
,
H o ls te rs
M (1 9 9 9 )
.
C ha leo n e r e d u c ta s e
一
ho m o lo g o u s tra n s e riPts ae
-
c u m u la te d u rin g d ev e lo Pm e n t o f s te m
一
b o rn e n o d u le s o n the
tr o Piea l le g u m e Se
s ba n ia r o srra ta
.
Pla n ta
,
2 0 9 : 4 5 一5 2
H e rle s C
,
B ra u n e A
,
B la u t M (2 0 0 4 )
.
Fir st b a c te ria l e ha leo n e
is o m e ra s e is o la te d fr o m E u b a c te r iu m r a m u lu s
.
A r e h
Mie r o b io l
,
1 8 1 : 4 2 8碑3 4
Ito h Y
,
H ig e ta D
,
Su z u ki A
,
Y o shid a H
,
o z e ki y (1 9 92)
.
E x e isio n
o f tr a n sPo sa b le e le m e n ts fr o m th e c h ale o n e is o m era se an d
d ihy d r o fl a v o n o l 4
一 r e d u e ta s e g e n e s m a y e o n tr ib u te to the
v a r ie g a tio n o f the ye llo w
一
fl o w e r e d e a r n a tio n (D ia n th u s
ea 即op hyllu s ). Pla n t C e ll Ph ys io l, 4 3 : 5 7 8一5 8 5
Je z JM
,
B o w m a n M E
,
D ix o n R A
,
N o e l JP (2 0 0 0 )
.
Stru e tu re a n d
m e e ha n ism o f the e v o lu tio n a rily u n iq u e Pla n r e n z ym e e h al
-
e o n e is o m e ra se
.
N at Stru e t B io l
,
7 : 7 8 6~7 9 1
Je z JM
,
N o e l JP (2 0 0 2 )
.
R e a e tio n m e c h a n is m o f e ha le o n e
is o m e r a se PH d e Pe n d e n e e
,
d if u sio n e o n tr o l
, a n d Pro d u e t
b in d in g d ife
re n c e s
.
J B io l Ch e m
,
2 7 7 (2 )
: 1 3 6 1一1 3 6 9
幻m H K , Ja n g Y H , B ae k 15 , L e e JH , Pa rk M J, Ch u n g Y S , C hu n g
Jl
,
K im JK (2 0 0 5 )
.
P o ly m o r Phis m a n d e x Pre s s io n o f
植物生理学通讯 第 44 卷 第 1 期 , 20 0 8 年 2 月
iso fl a v o n e s yn tha se g e n e s fr o m so yb e an c u ltiv a rs
.
M o l C e lls
,
19 : 6 7 ~ 7 3
K im S
,
Jo n e s R
,
Y o o K S
,
Pik e LM (2 0 0 4 )
.
G o ld e o lo r in o n io n s
(A lliu m ceP
a ): a n a tu ra l m u ta tio n o f th e e ha le o n e iso m e rase
g e n e r e s u lt in g in a Pr e m a tu re s to P e o d o n
.
M o l G e n e t
G e n o m ie s
,
2 7 2 : 4 1 1~4 1 9
K o o r n n e e f M (19 9 0 )
.
M u ta tio n s affe e tin g th e te sta e o lo u r in
A ra b idop
s is
.
A r a b id o Psis In f Se ry
,
2 7 : l~4
K u hn B
,
Fo rk m a n n G
,
S e yfe r t W (1 9 7 8)
.
G e n e tie e o n tr o l o f
e h a le o n e
一
fla v a n o n e is o m e ra s e a c tiv ity in C a llis re Phu s
e h in e 凡 5 15
.
Pla n ta
,
3 8 : 19 9 ~ 2 0 3
L i FX
,
Jin Z P
,
Q
u
W Q
,
Z ha o D X
,
M a FS (2 0 0 6 a )
.
C lo n in g o f a
e D N A e n c o d in g the Sa u ss u r ea m ed u s a e ha le o n e iso m e r a se
a n d its e x Pr e ss io n in tr a n sg e n ie to b a e e o
.
Pla n t Phy s io l
B io eh e m
,
4 4 : 4 5 5~4 6 1
L i FX
,
Jin Z P
,
Z ha o D X
,
C h e n g LQ
,
Fu C X
,
M a FS (2 0 0 6 b )
.
o v e re x Pre s sio n o f the Sa
u ss u re a m e d 召sa e hale o n e iso m e ra se
g e n e in Sa u s s“r e a i陀v o lu e ra ta h a iry r o o t e u ltu re s e n h a n e es
th e ir b io syn the sis o f a Pig e n in
.
Phyto c h e m
,
6 7 : 5 5 3、5 6 0
L u k a sz e w iez M
,
M a tysia k K ata l
,
S k a la J
,
Fe
e k a l
,
C is o w sk i W
,
S z o p a J (2 0 0 4 )
.
A n tio x id a n t e a p a c ity m a n ip u la tio n in
tr a n sg e n ie Po ta to t u be r by e ha n g e s in Phe n o lie e o m Po u n d s
eo n te n t
.
A g r Fo o d Ch e m
,
5 2 (6 ) : 1 5 2 6一 15 3 3
M e K ha n n H l
,
H ir se h A M (1 9 9 4 )
.
Iso la tio n o f e ha lc o n e sy n tha se
an d e ha le o n e iso m e ra se e D N A s fr o m a lfalfa (M e d iea g o sa
-
riv a L
.
): h ig he st tra n serip t lev e ls o c eu r in yo u n g ro o ts a n d r o o t
tiPs
.
Pla n t M o l B io l
,
2 4 : 7 6 7 ~ 7 7 7
M ekh a n n Hl
,
Pa iv a N L
,
D ix o n R A
,
H jrs eh A M (19 9 7 )
.
Cha leo n e
s yn tha se tran se riPts are d e te e te d in a lfa lfa r o o t ha irs fo llo w
-
in g in o e u la tio n w ith w ild
一 tyPe R h iz o b iu m m e lilo ri
.
M o l Pla n t
-
M ie r o b In te r a e t
,
10 : 5 0 一5 8
M ehd y Me
,
L am b C J (1 9 8 8) C ha le o n e iso m e r a se eD N A c lo n in g
a n d m R N A in d u e tio n b y fu n g a l e lie ito r
,
w o n d in g a n d
in fe e tio n
.
EM BO J
,
6 : 15 2 7 ~ 15 3 3
M iyaj im
a l
,
M ae h ara T
,
K a g e T
,
Fuj i
ed a K (1 9 9 1 )
,
Id e n tifi e a tio n
o f the m a in a g e n t e a u s in g ye llo w c o lo r o f ye llo w
一
fl o w ere d
e ye lam e n m u ta n t
.
J JPn S o e H o rt Se i
,
6 0 : 4 0 9 ~4 14
M o u sta fa E
,
W o n g E (1 9 6 7 )
.
Pu rifi e a tio n a n d Pro Pe rties o f e ha l
-
e o n e 一fla v a n o n e i s o m e r a s e f r o m s o y a b e a n s e e d
.
Ph yt o e h e m is tr y
,
6 : 6 2 5 一6 3 2
M u ir SR
,
C o llin s G J
,
R o b in s o n S
,
H u g he s S
,
B o v y A
,
R ic D e V o s
C H
,
v a n T u n e n A J
,
V e rho ey e n M E (2 0 0 1)
.
o v e re x Pre ssio n
o f Pe tu n ia e h a lc o n e is o m e ra se in to m a to re su lts in fr u its
e o n ta in in g in e re a s e d le v e ls o f fl a v o n o ls
、
N a t B io te c h n o l
,
1 9 : 4 7 0 ~ 4 7 4
N ishihara M
,
N a ka tsu ka T
,
Y am a m u ra S (2 0 0 5 )
.
Fla v o n o id e o m
-
Po n en ts a n d fl o w er eo lo r e h a n g e in tr an s g e n ie to b a c eo Plan ts
by su PPr e ss io n o f e ha le o n e iso m era s e g e n e
.
FE BS L e tt
,
5 7 9
(2 7 ) : 6 0 7 4一6 0 7 8
R e u b e r S
,
Je n d e
一
Stri d B
,
W
r a y V
,
W
e isse n bo e k G (19 9 7 )
.
A e e u m u
-
la tio n o f the e h a le o n e iso s aliPu rp o sid e in Prim a ry le a v e s o f
b a r le y fl a v o n o id m u ta n ts in d ie a te s a d e fe e tiv e e h a le o n e
iso m e ra se
.
Ph ys io l Pla n t
,
1 0 1 : 8 2 7 一8 3 2
Shim ad a N
,
A o ki T
,
Sa to S
,
N ak
a m u ra Y
,
T a b ata S
,
A ya b e S (2 0 0 3 )
.
A e lu s te r o f g e n e s e n e o d e s th e tw o tyPe s o f e h a le o n e
is o m e ra se in v o lv e d in rhe bio syn rhe sis o f g en era l fl a v o n o id s
a n d le g u m e
一 s Pe e ifie s
一
d e o x y(15 0 )fla v o n o id s in L o t u s
j
a Po n ic u s
二
Pla n t Phy sio l
,
1 3 1 : 9 4 1一9 5 1
v an
Tu
n e n AJ
,
K o e s R E
,
S Pe lt C E
,
v a n d e r K ro lA R
,
S tu itj
e A R
,
M o l JN (1 9 8 5 )
.
C lo n in g o f the tw o e h a lc o n e fla v a n o n e
is o m e ra se g e n e s fr o m Pe ru n ia hy b r ida
: e o o rd in a te
,
lig ht
-
re g u la te d a n d d ife
re n tia l e x Pre s sio n o f fl a v o n o id g e n e s
.
E MB O J
,
7 : 1 2 5 7 ~ 1 2 6 3
v an T u n e n A J
,
H a rt m a n S A
,
M u r LA
,
M o l JN (19 8 9)
.
R e g u latio n
o f e h a lc o n e fl a v o n o n e iso m e ra se (C H I) g e n e ex Pre ss io n in
Pe ru n ia hyb rida
: th e u s e o f a lter n a tiv e Pr o m o ters in e o r o lla
,
a n the rs an d Po lle n
.
Plan t M o l B io l
,
12 : 5 3 9一5 5 1
v a n T u n e n A J
,
M u r LA
,
R e eo u rt K
,
G e ra ts A G
,
M o l JN (19 9 1)
.
R e g u la tio n an d m an iPu latio n o f fl a v o n o id g e n e e x p re ssio n
in a n th ers o f Pe tu n ia : th e m o le e u lar b a s is o f th e PO m
u ta tio n
.
Plan t C e ll
,
3 : 3 9 ~4 8
Y a n g W C
,
C re m ers H C JC
,
H o g en d ijk P
,
K a tin a kis P
,
W ijfe lm
a n
C A (19 9 2)
.
In
一
siru lo e a liz a tio n o f e ha le o n e sy n th a se m R N A
in Pe a r o o t n o d u le d e v e lo Pm e n t
.
Plan t J
,
2 : 14 3 一 1 5 1
Y e X
,
A I
一
B a bili S
,
K lo ti A
,
Z ha n g J
,
L u e e a P
,
B e ye r P
,
Po try k u s l
(2 0 0 0 )
.
E n g in e e rin g the Pr o v ita m in A (b e ta
一c a r o te n e ) bio
-
sy n the tic Pa thw a y in to (c a r o te n o id
一
fr e e ) rie e e n d o s Pe rm
.
S c ie n e e
,
2 8 7 : 3 0 3 ~ 3 0 5