植物学通报 2006, 23 (5): 543￣555* Author for correspondence. E-mail: hwxue@https://www.doczj.com/doc/515280024.html,
油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
储昭庆，李李，宋丽，薛红卫＊
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室, 上海 200032
摘要 植物激素油菜素内酯广泛调节植物的生长发育及对外界环境因子变化的反应, 在作物上的应用也已引起人们的广泛兴趣。通过遗传学等手段对相关突变体及功能基因的研究为其生物合成与功能研究提供了基础。本文总结了油菜素内酯在植物各组织内的分布、生物合成、相关合成突变体及其编码基因的性质、生理功能以及与其它激素间的相互作用等。关键词 油菜素内酯, 植物生长发育, 生物合成
Advances on Brassinosteroid Biosynthesis
and Functions
Zhaoqing Chu, Li Li, Li Song, Hongwei Xue *
State Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai
Institutes for Biological Sciences, Chinese of Academy of Sciences, Shanghai 200032, China
Abstract Plant hormone brassinosteroid (BR) acts as an important regulator in plant growth and development,and responses to environmental stimuli. BR also regulates the agritraits of many crops. Analyses on mutant phenotypes and gene functions provide the information on BR biosynthesis and physiological roles. This review focuses on the BR recent progresses of BR biosynthesis and metabolism, the underlying signaling pathways, and further the interplay with other hormones.
Key words brassinosteroids, plant growth and development, biosynthesis
多羟基化的甾醇类激素(steroid hormones)广泛存在于真菌类、动物和植物中。尽管在动物中发现的大部分甾醇类激素在植物中也存在, 它们的合成能力与行使的功能却不尽相同。高等动物只能在特定的组织器官合成甾醇类激素物质, 而植物几乎所有的组织都具有甾醇类激素的合成能力(H a r t m a n n a n d Benveniste, 1987; Hartmann, 1998)。
植物中最早发现的一类甾醇类激素是油菜素甾醇(brassinosteroid, BR)。20世纪70年代
从油菜(Brassica napus )的花粉中提取出一种新的植物生长调节物质芸苔素, 其主要有效成分即为具类固醇结构的BR(Grove et al., 1979)。BR 在植物地上部分的含量为ng/kg －μg/kg(鲜重组织), 在种子和花中的含量最高, 仅有少数研究表明其含量与特定的细胞类型有关(Mitchell et al.,1970; Grove et al., 1979)。在不同种类的BR 中,BR 2 (油菜素甾酮, castasterone, CS) 分布最为广泛, 其次是BR 1 (油菜素内酯, brassinolide, BL)、BR 7 (香蒲甾醇, typhasterol8, TY)、BR 8 (茶甾
综述 . 油菜素内酯
54423(5)
酮, teasterone, TS)、BR5 (6-脱氧油菜素甾酮, 6-deoxocastasterone)、BR15 (28-去甲基油菜素甾酮, 28-norcastasterone, 10种植物中)等, 其它BR 则分布在有限的几种植物中(Fujioka, 1997)。
已证明BR在植物的种子休眠与萌发、器官分化、维管组织发育、开花和衰老以及向性建成等各个生长发育的重要过程中起到重要调控作用(Topping et al., 1997; Diener et al., 2000; Schrick et al., 2000; Souter et al., 2002); BR与其它信号分子例如光之间存在密切联系, 与其它激素存在相互作用及调节。
１ 油菜素内酯的生物合成途径
1.1 油菜素内酯类固醇的结构
BR和动物中的雌激素(estrogen)、睾丸素(testosterone)、蜕皮素(ecdysone)一样由类固醇结构加上对其生物活性起重要作用的侧链构成。目前所发现的BR系列物(超过40种)的结构变化主要在于环A、B及侧链上取代基的不同。在生物学鉴定中发现在环B具6-氧官能团或内酯结构的BR的生物活性最强(Mitchell and Livingston, 1968; Wada et al., 1981)。
1.2油菜素内酯的合成途径及其抑制剂
在对多种植物幼苗和细胞培养的过程中,通过饲喂标记中间物并用GC/MS分析代谢产物, 证实了BR生物合成途径中鲨烯(squalene)最终转化成为BL的大量反应步骤(图1)。从鲨烯还原到Campestanol后, 在甾醇体和侧链上发生一系列羟化和氧化步骤的同时伴随着C-6位置的酮基化(这种酮基化发生在C-22、C-23、C-3和C-2位置的修饰前和后)。这两种分支途径分别被称为C-6氧化前途径和C-6氧化后途径。在烟草、水稻和百合等植物中发现了与此相似的途径, 其修饰和不同步骤之间的关系还有待进一步证实, 而且由于许多不同类似物(侧链结构不同)的出现可能导致情况更为复杂(同种植物中不同类似物的出现表明可能存在其他的合成途径)。
目前对BR合成途径的研究只是局限在一些少量的突变体上。为了深入广泛地研究BR 的作用, 寻找BR合成途径中的抑制剂(尤其是特定步骤的抑制剂)就非常重要。A s a m i和Yoshida (1999)发现Brassinazole (Brz) 能抑制BL 的合成(图1)并导致形态的明显变化。Brz处理的植物在形态上和BR缺失突变体极为相似, 其表型改变可被外源补加BR所恢复。研究表明Brz抑制CPD酶催化CA→TE(Asami et al., 2000),其对深入研究BR的生理功能具有十分重要的作用(Asami and Yoshida, 1999; Asami et al., 2000)。
1.2.1 早期C6 氧化途径芸苔甾醇(campesterol)作为BL 生物合成的起始物, 经加氧、6α-羟化、氧化得到6-氧芸苔甾烷醇(6-oxocampestanol) (Suzuki et al., 1995), 再经羟化得茶甾酮(Fujioka et al., 1995), 经脱羟基、再羟化为香蒲甾醇(Suzuki et al., 1994), 接着转化为油菜素甾酮、油菜素内酯, 这种生物合成途径称之为早期C6氧化途径(图1)(Fujioka et al., 1997; Clouse and Sasse, 1998)。芸苔甾醇可由甲羟戊酸经多步反应转化而来(Clouse and Sasse, 1998)(参照图1左示)。在长春花幼苗中, 也可观察到BR8→BR7→BR2→BR1 的生物合成过程; BR8→BR7→BR2 的转化也存在于烟草和水稻苗中(Suzuki et al., 1995)。1996 年Abe 研究了百合培养细胞中[14C]BR8→[14C]-BR7→[14C]BR1的转化过程。BR的早期C6 氧化生物合成途径广泛存在于植物中(Fujioka et al., 1997; Clouse and Sasse, 1998)。
1.2.2 后期C6 氧化途径早期人们未注意天然BR中的6-脱氧BR (6-deoxo brassinosteroid),比如6-脱氧BR2, 这是由于它们的活性非常低,认为它们不能转化为活性BR , 然而最近的很多研究结果表明许多植物中的6-脱氧BR参与了BR 生物合成。Choi 等(1997)鉴定到了长春花培养细胞中的6-脱氧油菜素甾酮、6-脱氧香
545 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
图1 BR主要的生物合成途径
Fig. 1 The main BR biosynthesis pathway.
54623(5)
蒲甾醇(6-deoxotyphasterol) 和6-脱氧茶甾酮(6-deoxoteasterone)。其中内源6-脱氧油菜素甾酮水平最高, 6-脱氧茶甾酮可通过后期C6 氧化途径转化为BL(图1右下示)。目前还不知道6-脱氧茶甾酮的生物合成前体, 可能是6-脱氧长春花甾酮(6-deoxocathas-terone)。在长春花幼苗、水稻和烟草的幼苗及培养细胞中, 也发现有6-脱氧油菜素甾酮转化为油菜素甾酮, 暗示着BR生物合成的另一条途径—后期C6氧化途径也存在于许多植物中。
在菊芋、水稻和拟南芥的细胞中都存在上述两条合成途径。用相关突变体进行饲喂实验的结果一致说明后期C6氧化途径中的中间产物在挽救光下突变体的表现型上比早期C6途径的中间产物有效, 而早期C6氧化途径的中间产物对促进黑暗中生长的下胚轴伸长更有效,说明在不同光下, BR的合成和代谢可能是不同的: 早期C6氧化途径可能主要是在黑暗中启动,后期C6氧化途径则主要在光下起作用(Fujioka and Sakurai,1997; Choe et al., 1998)。
２ 油菜素内酯合成途径的各类突变体
2.1 甾醇类激素合成途径相关突变体
根据突变体表型以及对应基因功能的分析,拟南芥中甾醇类激素合成缺失的突变体可以分为两大组。一组突变体集中甾醇类激素合成的最上游路径(参考图1“Sterol-Specific Biosyn-thetic Pathway” step 1－4), 主要包括四类: smt1/ orc/cephalopod、fackel/hydra2、hydra1和smt2/cvp1。STEROL METHYLTRANSFERASE1 (SMT1)基因编码甾醇甲基转移酶, 促使环阿烯醇(cycloartenol)向亚甲基胆甾烯醇(24- methylene cycloartenol)的转化。SMT家族的另一个成员SMT2/ CVP1 (Cotyledon Vascular Pattern1) 的甲基转移酶作用使下游合成途径出现两个分支。拟南芥smt1突变体有多方面生长缺失的表型, 而且BR含量大大降低, 并且施加外源BR 不能够回复突变体表型(Diener et al., 2000)。这四类基因的缺失往往导致明显的基础发育缺陷,除了smt2/cvp1, 突变体皆有胚发育缺陷表型(Topping et al., 1997; Diener et al., 2000; Schrick et al., 2000; Souter et al., 2002)。SMT2/ CVP1反义转基因植株中谷甾醇(sitosterol)含量明显降低, 菜油甾醇(campesterol)含量升高, 主要表型为植株矮小, 育性降低和维管系统发育异常(Carland et al., 2002)。
另一组突变体包括dwf7, dwf5和dwf1。这些突变体虽然也表现为明显的矮化及育性降低或丧失的表型, 但是都没有胚发育形态上的缺失,外源施加B R可以逆转突变体的表型(Lindsey et al., 2003)。因此, BR合成途径上不同产物含量的降低或升高直接影响植物的基础发育过程, 只有下游合成途径上相关基因的缺陷才可以为外源BR恢复。
2.2 油菜素内酯合成途径中的有关突变体和基因
通过化学诱变(EMS)、T-DNA插入以及转座子标签法等已经在Arabidopsis thaliana、Pisuim Salivum和Lycopersicon esculenlum等植物中分离得到一些与BR合成相关的突变体,对其表型的分析增进了对BR生理功能和代谢途径的了解。
det2 ( de-etolation2)的发现证明BR合成与植物光形态建成密切相关。DET家族的不同突变体在暗中生长可以表现出光下表型(Chory et al., 1991)。在正常光条件中生长, 突变体表现为细胞明显变小而导致的矮化、深绿叶、顶端优势丧失以及育性缺失。DET2是DET1的同源家族基因, 二者突变体表现出相似的表型。不同的是, DET2直接参与BR的合成途径,其突变体表型可以为外源BR恢复。
拟南芥中cpd (constitutive photomorpho-genesis and dwarfism)突变体和det2突变体的表型相似, cpd突变体细胞减小及雄性不育的表型能被外源施加的23-羟化的(23-hydroxylated) BR所恢复, 但不能被缺少23-羟化的cathasterone
547 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
所恢复。CPD基因编码的CYP90蛋白是一种细胞色素P450, 和鼠testosterone-16i-hydroxy-lase及人progesterone-21-hydroxylase分别有24％和19％的同源性(Szekeres et al., 1996; Kauschmann et al., 1996)。
番茄的DWARF基因是一个BR生物合成酶, 作用位置在CPD之后。另一个突变体dpy 的突变影响长春花固酮(cathasterone)和6-脱氧长春花固酮(6-deoxocathasterone)C-23位点的羟基化过程, 所有番茄的DPY都是拟南芥CPD的同源基因(Bishop et al., 1996, 1999; Koda et al., 2000)。
突变体表型及相关基因功能分析是研究BR在双子叶植物中内源合成机制与作用机理的重要研究手段。突变体资源不断扩大与积累, 同时也为BR在单子叶植物中合成与功能的研究提供了有利条件。2000年, Yamamuro等在水稻中分离出具有对于外源BL不敏感表型的矮化突变体d61(dwarf61)。D61基因在水稻中编码的蛋白激酶OsBRI1与拟南芥中介导BR 信号途径的激酶蛋白BRI1 (BRASSINOSTE-ROID INSENSITIVE1)具有很高的同源性; 功能分析表明OsBRI1在水稻的节间生长及叶倾角反应中起到重要作用(Yamamuro et al., 2002)。随后, Mori等在水稻中分离出BR合成途径相关的突变体brd1 (brassinosteroid-dependent 1); brd1突变体在暗中表现出光下生长植株的表型, 并且外源施加BL可以恢复突变表型(Mori et al., 2002)。同源性分析表明BRD基因与番茄中编码BR-6-oxidase 的DWARF基因以及拟南芥中BR6ox基因同源 (Bishop et al., 1996; Shimada et al., 2001)。这是单子叶植物水稻中首次明确的BR合成相关的突变体。2005年, 拟南芥DIMINUTO/DWARF1在水稻中的同源基因被克隆并证明参与BR的内源合成(Hong et al., 2005)。突变体分析揭示出BR在单子叶植物的叶鞘伸长、叶卷曲以及光形态发育中具有重要作用, 亦成为单子叶植物中BR相关功能研究的重要手段。
３ 油菜素内酯的生理功能及与其它激素间的相互作用
3.1油菜素内酯诱导的复杂生理效应
对植物施加外源24-eBL时, 植物组织器官表现出一系列的反应。毫摩尔浓度24-eBL施加于下胚轴、上胚轴或整株植物将促进细胞的分裂和伸长从而刺激植物生长。近年来的研究发现BR不仅能刺激细胞的延伸、改变酶的活性、膜电位和许多其他内源植物激素的平衡, 而且能促进DNA、RNA和蛋白质的生物合成, 促进光调活性和增加乙烯的产量等。在农业生产中, 24-eBL能够加速秧苗生长、提高植物抗逆性、增加生物量产量、提高谷物产量和植株对环境胁迫的耐受力(Iwahori et al., 1990; Cutler et al., 1991)。其具体表现如下。
(1) 提高乙烯合成和偏上性生长BR能够激发ACC合酶的活性从而提高黄化绿豆下胚轴部分乙烯的合成,其诱导作用能被A O A、Co2+、克梭孢菌素(fusicoccin)和生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸(2,3,5-triiodobenzoic acid, TIBA)所抑制(Arteca, 1990)。在水培番茄中加入BR能显著提高ACC合酶活力和乙烯含量并导致叶柄弯曲(Schlagnhaufer and Arteca, 1985)。
(2) 刺激苗的伸长低浓度的BR在白光、绿光和弱红光下能提高许多营养组织的伸长, 但在完全黑暗下作用不明显(甚至没有作用)。BR 能通过使细胞壁松弛(机械特性不变)来刺激大白菜下胚轴的伸长(Wang et al., 1993)。
(3) 抑制根的生长由于乙烯对根的伸长起抑制作用, BR能够促进乙烯合成进而抑制根的伸长(Roddick and Guan, 1991)。
(4) 在组织培养中的作用24-eBL在胡萝卜的组织培养中能促进细胞生长(Bellincampi and Morpurgo, 1991), 但在转基因烟草细胞的培养中1.0×10－8 mol.L－1的BR即明显抑制细胞生长
54823(5)
(Bach et al., 1991)。陈季楚等(1996)的研究表明epi-BL不仅能促进愈伤组织的增殖, 而且能有效诱导愈伤组织分化。
BR在很低浓度(nmol或pmol)时就表现出强生物活性, 具有许多不同于其它激素的独特生理效应。近来的研究表明其在细胞分裂及分化方面也起到重要调控作用。
(1) 细胞伸长(cell elongation) BR促进幼苗的茎、豌豆和绿豆的上胚轴、黄瓜下胚轴、单子叶植物的胚芽鞘、中胚轴等的伸长(Mandava, 1988), 幼嫩的营养器官对BR反应尤为明显。
XET酶(木葡聚糖内转糖基酶)在细胞伸长时起松动细胞壁的作用。大豆上胚轴中克隆到的编码XET酶的BRU1基因表达水平与BR 诱导的伸长生长呈线性相关, 而且BRU1的mRNA积累水平也与BR介导细胞壁弹性延伸程度相平行, 表明BR诱导XET酶的活性, 从而参与了细胞的延伸生长。拟南芥中编码XET 酶的TCH4基因在BR处理30分钟后表达上升, 2小时后即可达到最大值。此外, 拟南芥突变体cbb、dwf4、cpd 和dim 等中XET基因的表达是下调的, 也可从一个侧面解释突变体的矮化表型(Takahashi et al., 1995; Kauschmann et al., 1996; Szekeres et al., 1996; Azpiroz et al., 1998)。
BR能调节液泡膜H+-ATPase的装配, 促进液泡对水分的吸收而引起细胞的迅速伸长(Mandava, 1998)。在高等双子叶植物中编码液泡H+-ATPase的C亚基的DET3基因可以调节下胚轴细胞对BR的响应(Schumacher et al., 1999)。
(2) 细胞分裂(cell division) 在菊芋(Helianthus tuberosus)组织培养的薄壁组织细胞中添加纳摩尔水平的BR, 当生长素与激动素同时存在时细胞分裂的速度至少提高50%(Clouse and Zurek, 1991)。在中国大白菜中同时添加上述3种激素时, 原生质细胞分裂的速度提高, 而且促进了细胞簇与细胞团的形成(Nakajima et al.,1996)。Hu等(2000)首次报道了BR在细胞分裂中的影响, 他们在拟南芥det2 悬浮培养细胞中发现, BL能上调一种D型植物细胞周期蛋白基因CycD3 的转录。通常情况下, CTK通过活化CycD3而促进细胞分裂, BL也能通过CycD3而促进细胞分裂, 并且在拟南芥的愈伤组织和悬浮细胞中替代CTK而发挥作用(Hu et al., 2000)。
(3) 细胞分化(cell differentiation) BR可以调节鱼尾菊中和木质部形成相关基因的表达(Fukuda, 1997); 对拟南芥cpd突变体的茎的横截面观察发现形成层的不对等分化, 在木质部形成层外边产生出额外的韧皮部细胞(Szekeres et al., 1996); dwf7-1突变体也有上述表型, 而且野生型中维管束的数目为8个, 而突变体里减少为6个(Choe et al., 1999b)。
拟南芥BR合成突变体及不敏感突变体都表现为育性下降或不育。拟南芥BR突变体衰老延迟的表型也说明BR有加速衰老进程的作用(Clouse and Zurek, 1991), 但是dwf5-1突变体却不延迟衰老(Choe et al., 2000), 而完全不育的brf1衰老延迟的最多, 所以认为在不育的突变体里不能产生衰老的信号, 从而植株常绿(Choe et al., 1999a)。外源添加高浓度BR抑制主根伸长与侧根形成, 而低浓度的BR(0.1 nmol.L－1)能促进根的伸长与不定根的形成; 进一步的证据则表明内源BR促进了侧根的起始(Clouse et al., 1993)。
3.2 油菜素内酯与植物光形态建成
det2、cpd和dwf4等BR合成相关突变体暗中生长时表现出去黄化的特征, 即幼苗胚轴缩短和子叶张开(Clouse and Feldmann,1999), 可能是由于突变导致暗中诱导了部分光控基因的表达(Ma et al., 2003)。与野生型的黄化苗相比,在det2暗生长的幼苗中, 一个编码花青素合成酶的基因CHS (C HALCONE SYNTHASE)的表达量提高了50倍以上, 是光下生长野生型幼苗中表达量的一半。而四类叶绿体光捕获系统相
549 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
关的基因表达量在突变体中均上调了10－20倍,达到光下野生型幼苗中表达量的五分之一左右(Chory et al., 1991)。
1999年, 在豌豆的幼苗中发现一个受光调控的小G蛋白PRA2。2001年Kang等通过双杂交体系体外证明了PRA2与 DDWARF1——一个P450家族的甾类水解酶蛋白可以相互作用, 二者共同定位于内质网上(Kang et al., 2001)。这两类基因在黄化幼苗上胚轴的伸长区表达且被光抑制,P R A2特异地调控DDWARF1的酶活力; 在拟南芥光生长幼苗中过量表达DDWARF1会抑制下胚轴生长。说明其它信号通路如小G蛋白P R A2可能与DDWARF1共同作用, 在植物去黄化过程中传递光信号, 抑制细胞的生长等相应过程。
BR和光信号还可以在信号传递过程中相互作用。研究表明光信号可以调控BR的合成途径, BR的信号转导参与调节不同光照条件下的向性反应。拟南芥BR合成突变体表现出明显的光生长形态的异常, 并且这些表型可以为外源BR恢复。与此同时, 甾类激素的相关突变体表现出基础发育缺失的表型, 并且突变体中的生长素分布规律与野生型中有明显不同(Lindsey et al., 2003)。BR与植物光形态建成之间关系的实质是什么？BR是否通过调控其它激素例如生长素的行为来影响植物形态建成？相关领域仍然具有十分广泛的研究前景。
3.3 油菜素内酯和其它激素的作用关系
各类激素间存在着复杂的相互作用关系,其影响涉及激素的合成、运输、代谢以及下游响应。生长素与细胞分裂素的浓度比例控制愈伤组织的生长与分化, 这一点很早就运用在组织培养技术中。早期的研究表明较高浓度的生长素显著促进植物体内乙烯的合成(Abeles, 1973); 反之, 乙烯也能影响生长素在植物体内的运输和极性分布。乙烯诱导生长素在玉米根冠细胞的沉积, 从而共同调控根冠的大小和细胞分化(Ponce et al., 2005)。细胞分裂素的功能与生长素相拮抗, 却可以促进乙烯的生物合成(Vogel et al., 1998)。
油菜素内酯影响植物基础发育模式及光形态建成。当其合成和信号转导途径被逐步揭示之后, 油菜素内酯对于其它各类激素的调控也逐渐为人们所认知, 向人们展示了一类激素同时参与多种激素功能并调控复杂发育过程的新模式。例如其上游合成基因SMT1的缺失影响生长素极性输出载体在细胞膜上的正确定位(Willemsen et al., 2003)。在其上游合成途径的突变体hyd1和fk/hyd2 中生长素和乙烯信号途径受到抑制; 生长素在根中异常分布影响主根分生组织的正常发育(Souter et al., 2002, 2004),在hyd2突变体中抑制乙烯下游信号途径可以恢复根毛的分生和主根的生长。油菜素内酯,生长素和乙烯在调节植物生长发育的过程中呈现出有趣的“三角关系”, 而油菜素内酯的内源水平明显影响着植物体对于另外两类激素的响应。油菜素内酯的下游合成途径一般不影响种子萌发过程, 但是在对于赤霉素和脱落酸相互作用关系的研究中发现BR可以缓解脱落酸对于萌发的抑制作用, 从而促进萌发过程(Steber and McCourt, 2001)。
激动素与BR的作用在植物生理试验中大多认为是独立的。1994年Chory等发现激动素在暗处具有对拟南芥去黄化的作用, 以后发现det2去黄化突变体是BR缺失型突变体, 从而对激动素与BR在形态建成方面的作用有了新的认识。暗处生长的拟南芥野生型植株在不同浓度的激动素处理下, 均表现出去黄化突变体的特征(Chory et al., 1994)。二者可能独立作用于光形态建成, 也可能激动素在光形态建成中的一个序列反应中起作用。BR与赤霉素的作用亦有报道, 然而观点不一, 认为相互作用、彼此独立作用或相互拮抗的均有。
此外, 植物内源激素的含量往往伴随生长发育的进程而有显著的变化, 不同激素在黑暗中和光照下的作用机制也不尽相同, 揭示在不同
55023(5)
生长发育阶段可能会有不同激素发挥主导的调控作用。例如赤霉素在种子萌发阶段大量合成, 促进种子萌发, 脱落酸则与赤霉素的作用相拮抗, 抑制萌发过程 (Koornneef et al., 1982)。由此可见, 植物间的相互协同、相互抑制, 以及多种激素间的连锁反应对于植物正常的生长发育是必不可少的。随着人们对于激素间作用机制理解的深入, 其与植物生长发育模式建成相关领域的研究也呈现出许多新的成果。3.4 油菜素内酯参与生长素调节的植物生长发育过程
3.4.1 油菜素内酯与生长素协同作用促进植物生长在早期的生理研究中人们就发现BR可以和生长素(auxin)协同作用调控某些生长反应(Mandava et al., 1988)。这两种植物激素都促进细胞伸长, 外源施加较低浓度的BR可以明显促进下胚轴的生长(Nemhauser and Chory, 2002)。外源生长素对于促进下胚轴生长仅有不明显的调节作用, 但是当把生长温度从22 ℃升高至29 ℃时, 下胚轴长度是低温下的1.8倍,此时内源生长素在下胚轴中的含量明显增加。有趣的是, 较高温度下生长的幼苗, 即当内源生长素的含量有所升高时, 对于外源BR的反应也更加敏感(Nemhauser et al., 2004)。
虽然以往的研究表明BR与生长素协同促进生长的作用需要二者的相互作用, 近年来的研究发现BR内源水平的变化在二者协同调控生长的过程中起到重要作用。例如在BR合成的突变体det2 中, 明显变短的下胚轴在温度升高时也不再伸长(Nemhauser et al., 2004)。利用14C标记的IAA测定突变体中生长素的极性运输活力, 发现下胚轴中由顶端向基部的运输能力明显减弱; 相反外源施加BL可以促进生长素在下胚轴和主根中的运输(Li et al., 2005)。说明BR内源水平的改变会影响生长素在下胚轴中的极性运输。在BR敏感性缺失的突变体bri1－5中我们也发现了类似的结果, 但是其影响程度不如在BR缺失突变体中更加明显(Li et al., 2005)。3.4.2 油菜素内酯的合成与信号途径影响生长素极性运输BR上游合成途径相关基因的突变体往往具有明显的生长发育缺陷的表型。利用DR5-GUS指示突变体中生长素的分布, 得到了一些有趣的结果。BR上游合成基因orc和hyd2突变体中, 生长素的分布模式与野生型中不同。特别是在hyd2 突变体中, DR5-GUS在根尖的表达在萌发14天后逐渐减弱, 萌发18天后在突变体的根尖中则检测不到表达(Souter et al., 2002, 2004)。在orc突变体中生长素的运输速率较野生型大大降低, 施加人工合成的生长素2,4-D(依赖于AUX1的输入作用)可以部分恢复突变体表型(Souter et al., 2002)。尽管突变体中生长素的极性输入载体AUX1的分布没有明显变化, 但是极性输出载体PIN1和PIN3的定位与野生型中不同, 说明甾类激素在生长素响应、内源生长素的极性运输以及分布的改变等方面的重要影响。
外源施加BL可以促进内源生长素从子叶顶端向下胚轴基部的运输, 促进侧根的发育和主根的向性建成(Li et al., 2005)。BR敏感性的缺失突变会导致侧根发育异常, 这可能与突变体中明显减弱的生长素从根尖向伸长区的极性运输相关(Bao et al., 2004)。
一些生长素响应基因IAA5、IAA19和SAUR－AC1的表达受到外源生长素和BR的诱导, 这种诱导作用依赖于BR在植物体内的合成(Nakamura et al., 2003a, 2003b)。外源BR处理抑制生长素下游响应基因ARF4和ARF8的表达, 这两种基因的转录水平不受外源生长素的影响(Nemhauser et al., 2004)。外源BL在不同程度上调控PINs的表达, 其调控模式也不尽相同(Li et al., 2005)。
一些植物激素可以直接调控其它激素的水平。外源施加BL并不能在整体上提高生长素的含量(Li et al., 2005), 但是其在不同组织中的含量会受到调节。det2突变体中生长素的合成没有明显变化, 外源施加BL也不改变其含量
551 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
(Nakamura et al., 2003b)。因此, 虽然BR的内源水平或敏感度的改变会影响生长素极性运输活力以及在特定组织中的分布, 但是并不影响生长素的整体水平。
利用外源激素处理的野生型或者相关突变体植株为材料进行芯片结果分析, 也为研究BR 与生长素之间的相互作用提供了更为广阔的空间。与IAA的瞬时诱导效应不同, BL处理诱导的基因变化一般要在较长时间以后才显示出来, 而且上下调基因变化的幅度较小(Goda et al., 2002;Muessig et al., 2002)。对IAA与BL单独处理野生型幼苗诱导表达基因的比较, 发现受到二者共同调控的基因在IAA处理时受到的诱导更加明显, 而进化树分析结果表明它们以各自单独的模式调控各类基因的表达(Goda et al., 2004)。Nemhauser等 (2004) 发现BR处理诱导表达的342个基因中有四分之一同时受到生长素的诱导, 这些被共同调控的下游基因参与细胞生长、新陈代谢、细胞壁合成和信号转导等各个过程。利用突变体研究发现BR促进AUX/IAA家族基因的表达, 同时抑制几个ARF 家族基因的转录。这些结果为BR参与调控生长素下游信号途径提供了基因组学的证据。可以推测, BR与生长素可以相互独立地调控多种下游途径, 但是BR内源水平或者信号转导的改变将影响植物体内生长素的敏感度, 这种改变在更加下游的生长效应中得以体现。
对芯片杂交获得的分别受到生长素和BR 诱导的基因进行的启动子元件分析, 发现明显受生长素诱导的具有ARFAT(ARF-binding element)结构的启动子DR5的表达在det2中受到显著抑制(Nemhauser et al., 2004), 而在过量表达DWF4基因的转基因植株中DR5的表达被诱导。此外, 生长素可以诱导具有bHLH结构的BEE1(Brassinosteroid Enhanced Expression 1)的表达, BEE1已经证明在BR的下游响应中起到作用(Friedrichsen et al., 2002)。一些受到BR 和生长素共同调控的结构元件同时为光和ABA信号所调控, 而这两类信号分子已经证明与BR介导一系列生理反应密切相关(Tian and Reed, 2001; Friedrichsen et al., 2002)。
综上所述, BR可以与生长素协同作用调节植物生长; 通过调控生长素的极性运输能力影响其在不同组织中的分布; 还可以调控其下游响应基因的表达。同时, 这两大类激素也有可能通过调控共同的下游信号途径或者特定的响应元件共同调节生长发育过程。
４ 展望
BR对植物的生长发育有广泛的作用和独特的生理活性。植物对光的反应可能通过调控靶细胞中BR的信号转导途径、合成途径以及改变细胞对BR的反应来完成。与此同时多种植物激素间相互作用, 相互影响, 精密地调节着植物生长发育进程以及对于外界环境的响应。
为进一步了解BR作为信号分子在发育中的作用, 需要更多的证据来明确BR体内平衡的决定因素, 包括其合成和降解, 细胞中的运输, 是否存在特异性的分布及信号传递途径等等。突变体资源的扩大与新技术的发展为相关领域的研究提供了扩展的空间。
参考文献
陈季楚, 徐玛娣, 赵毓橘 (1996). 表油菜素内酯对拟南芥细胞分化的影响. 植物生理学报22, 399-403. Abeles, F.B. (1973). Ethylene in Plant Biology. (New York: Academic Press).
Arteca, R.N. (1990). Hormonal stimulation of ethy-lene biosynthesis. In Polyamines and Ethylene: Biochemistry, Physiology and Interactions, H.E. Flores, R.N. Arteca, J.C. Shannon, eds (Rockville: American Society of Plant Physiologists) pp. 216-233.
Asami, T., Min, Y.K., Nagata, N., Yamagishi, K., Takatsuto, S., Fujioka, S., Murofushi, N., Yamaguchi, I., and Yoshida, S. (2000). Charac-t e r i z a t i o n o f b r a s s i n a z o l e,a t r i a z o l e-t y p e brassinosteriod biosynthesis inhibitor. Plant Physiol.
55223(5)
123, 93-100.
Asami, T., and Yoshida, S. (1999). Brassinosteroid biosynthesis inhibitors. Trends Plant Sci. 4, 348-353. Azpiroz, R., Wu, Y., Locascio, J.C., and Feldmann, K.A. (1988). An Arabidopsis brassinosteroid-depen-dent mutant is blocked in cell elongation. Plant Cell. 10, 219-230.
Bach, T.J., Roth, P.S., and Thompson, M.J. (1991). Brassinosteroids specifically inhibit growth of tobacco tumor cells.In Brassinosteroids: Chemistry, Bioactivity, and Applications, H.G. Cutler, T. Yolota, and G. Adam. eds (Washington: American Chemical Society), pp.189-199.
Bao, F., Shen, J., Brady, S.R., Muday, G.K., Asami, T., and Yang, Z. (2004). Brassinosteroids interact with auxin to promote lateral root development in A. thaliana. Plant Physiol. 134, 1-8.
Bellincampi, D., and Morpurgo, G. (1991). Stimula-tion of growth induced by brassinosteroid and condi-t i o n i n g f a c t o r s i n p l a n t-c e l l c u l t u r e s.I n Brassinosteroids: Chemistry, bioactivity, and applications, H.G. Cutler, T. Yolota, and G. Adam, eds (Washington: American Chemical Society) pp. 189-199.
Bishop, G.J., Harrison, K., and Jones, J.D. (1996). The tomato Dwarf gene is isolated by heterologous transposon tagging encodes the first member of a new cytochrome P450 family. Plant Cell. 8, 959-969.
Bishop, G.J., Nomurat, T., Yokota, T., Harrison, K., Noguchi, T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Jones, J.D., and Kamiya, Y. (1999). The tomato DWARF enzyme catalyses C-6 oxidation in brassinosteroid biosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 1761-1766.
Carland, F.M., Fujioka, S., Takatsuto, S., Yoshida, S., and Nelson, T. (2002). The identification of CVP1 reveals a role for sterols in vascular patterning. Plant Cell 14, 2045-2058.
Choe, S., Dilkes, B.P., Fujioka, S., Takatsuto, S., Sakurai, A., and Feldmann, K.A. (1998). The DWF4 gene of Arabidopsis encodes a cytochrome P450 that mediates multiple 22alpha-hydroxylation steps
in brassinosteroid biosynthesis. Plant Cell 10, 231-243.
Choe, S., Dilkes, B.P., Gregory, B.D., Ross, A.S., Yuan, H., Noguchi, T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Tanaka, A., Yoshida, S., Tax, F., and Feldmann, K.A. (1999a). The Arabidopsis dwarf1 mutant is de-fective in the conversion of 2,4-methylenecholesterol to campesterol in brassinosteroid biosynthesis. Plant Physiol. 119, 897-907
Choe, S., Noguchi, T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Tissier, C.P., Gregory, B.D., Ross, A.S., Tanaka, A., Yoshida, S., Tax, F.E., and Feldmann, K.A. (1999b). The Arabidopsis dwf7/ste1 mutant is defec-tive in the ?7 sterol C-5 desaturation step leading to brassinosteroid biosynthesis. Plant Cell 11, 207-221. Choe, S., Tanaka, A., Noguchi, T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Ross, A.S., Tax, F.E., Yoshida, S., and Feldmann, K.A. (2000). Lesions in the sterol delta reductase gene of Arabidopsis cause dwarfism due to a block in brassinosteroid biosynthesis. Plant J. 21, 431-443.
Choi, Y.H., Fujioka, S., Nomura, T., Harada, A.Y., T. Takatsuto, S., and Sakurai, A. (1997). An alter-native brassinolide biosynthetic pathway via late C-6 oxidation. Phytochemistry. 44, 609-613.
Chory, J., Nagpal, P., and Peto, C.A. (1991). Phe-notypic and genetic analysis of det2, a new mutant that affects light-regulated seedling development in Arabidopsis. Plant Cell. 3, 445-459.
Chory, J., Reinecke, D., Sim, S., Washburn, T., and Brenner, M. (1994). A role for cytokinins in de-etiolation in Arabidopsis (det mutants have an al-tered response to cytokinins). Plant Physiol. 104, 339-347.
Clouse, S.D., and Feldmann, K.A. (1999). In Brassinosteroids: Steroidal Plant Hormones, A. Sakurai, T. Yokota, and S.D. Clouse eds (Tokyo: Springer Verlag), pp. 163-190.
Clouse, S.D., Hall, A.F., Langford, M., McMorris, T.C., and Baker, M.E. (1993).Physiological and molecular effects of brassinosteroids on Arabidopsis thaliana. J. Plant Growth Regul. 12, 61-66. Clouse, S.D., and Sasse, J.M. (1998).Brassinosteroids:
553 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
essential regulators of plant growth and development. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 49, 427-451.
Clouse, S.D., and Zurek, J.M. (1991). Molecular analysis of brassinolide action in plant growth and development. In Brassinosteroids: Chemistry, Bioactivity, and Applications, H.G. Cutler, T. Yokota, and G. Adam, eds (Washington: American Chemical Society), pp.122-140.
Cutler, H.G., Yolota, T., and Adam, G. (1991). Brassinosteroids: Chemistry, Bioactivity and Applications. (Washington: American Chemical Society), pp.375.
Diener, A.C., Li, H., Zhou, W., Whoriskey, W.J., N e s,W.D.,a n d F i n k,J.R.(2000).S t e r o l methyltransferase 1 controls the level of cholesterol in plants. Plant Cell 12, 853-870.
Friedrichsen, D.M., Nemhauser, J., Muramitsu, T., Maloof, J.N., Alonso, J., Ecker, J.R., Furuya, M., and Chory, J. (2002). Three redundant brassinosteroid early response genes encode putative bHLH transcription factors required for normal growth. Genetics 162, 1445-1456.
Fujioka, S., Inoue, T., Takatsuto, S., Yanagisawa, T., Yokota, T., and Sakurai, A. (1995). Identifica-tion of a new brassinosteroid, cathasterone, in cul-tured cells of Catharanthus roseus as a biosynthetic precursor of teasterone. Biosci. Biotech. Biochem. 59, 1543-1547.
Fujioka, S., Li, J., Choi, Y.H., Seto, H., Takatsuto, S., Noguchi, T., Watanabe, T., Kuriyama, H., Yokata, T., Chory, J., and Sakurai, A. (1997). The Arabidopsis de-etiolated 2 mutant is blocked early in brassinosteroid biosynthesis. Plant Cell 9, 1951-1962.
Fujioka, S., and Sakurai, A. (1997).Brassinosteroids. Nat. Prod. Rep. 14, 1-10.
Fukuda, H. (1997). Tracheary element differentiation. Plant Cell. 9, 1147-1156.
Goda, H., Sawa, S., Asami, T., Fujioka, S., Shimada, Y., and Yoshida, S. (2004). Comprehensive com-parison of auxin-regulated and brassinosteroid-regulated genes in Arabidopsis. Plant Physiol. 134, 1-
19.
Goda, H., Shimada, Y., Asami, T., Fujioka, S., and Yoshida, S. (2002). Microarray analysis of brassinosteroid-regulated genes in Arabidopsis. Plant Physiol. 130, 1319-1334.
Grove, M.D., Spencer, F.G., Rohwedder, W.K., Mandava, N., Worley, J.F., Warthen, J.D. Jr., Steffens, G.L., Flippen-Anderson, J.L., and Cook, J.C. Jr. (1979). Brassinolide, a plant growth-promoting steroid isolated from Brassica napus pollen. Nature. 281, 216-217.
Hartmann, M.A. (1998). Plant sterols and the mem-brane environment. Trends Plant Sci. 3, 170-175. Hartmann, M.A., and Benveniste, P. (1987). Plant membrane sterols: isolation, identification and biosynthesis. Methods Enzymol. 148, 632-650. Hong, Z., Ueguchi-Tanaka, M., Fujioka, S., Katatsuto, S., Yoshida, S., Hasegawa, Y., Ashikari, M., Kitano, H., and Matsuoka, M. (2005). The rice brassinosteroid-deficient dwarf2 mutant, defective in the rice homolog of Arabidopsis DIMINUTO/DWARF1, is rescued by the endogenously accumulated alternative bioactive brassinosteroid, dolichosterone. Plant Cell 17, 2243-2254.
Hu, Y., Bao, F., and Li, J. (2000).Promotive effect of brassinosteroids on cell division involves a distinct CycD3-induction pathway in Arabidopsis. Plant J. 24, 693-701.
Iwahori, S., Tominaga, S., and Higuchi, S. (1990). Retardation of abscission of citrus leaf and fruitlet explants by brassinolide. Plant Growth Reg. 9, 119-125.
Kang, J.G., Yun, J., Kim, D.H., Chung, K.S., Fujioka, S., Kim, J.I., Dae, H.W., Yoshida, S., Takatasuto, S., Song, P.S., and Park, C.M. (2001). Light and brassinosteroid signals are integrated via a dark-induced small G protein in etiolated seedling growth. Cell. 105, 625-636.
Kauschmann, A., Jessop, A., Koncz, C., Szekeres, M., Willmitzer, L., and Altmann, T. (1996). Ge-netic evidence for an essential role of brassinosteroids in plant development. Plant J. 9, 701-713.
Koda, C.V., Cerny, R.E., Gardner, R.E., Noguchi,
55423(5)
T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Yoshida, S., and Clouse, S.D. (2000). A putative role for the tomato genes DUMPY and CURL-3 in brassinosteroid bio-synthesis and response. Plant Physiol. 122, 85-98. Koornneef, M., Jorna, M.L., van der Brinkhorst-Swan, D.L.C., and Karssen, C.M. (1982). The iso-lation of abscisic acid (ABA)-deficient mutants by selection of induced revertants in non-germinating gibberellin sensitive lines of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Theor. Appl. Genet. 61, 385-393.
Li, L., Xu, J., Xu, Z.H., and Xue, H.W. (2005). Brassinosteroids stimulate plant tropisms through modulation of polar auxin transport in Brassica and Arabidopsis.Plant Cell 17, 2738-2753.
Lindsey, K., Pullen, M.L., and Topping, J.F. (2003). Importance of plant sterols in pattern formation and hormone signaling. Trends Plant Sci. 8, 521-525. Ma, L., Zhao, H., and Deng, X.W. (2003). Analysis of the mutational effects of the COP/DET/FUS loci on genome expression profiles reveals their overlap-ping yet not identical roles in regulating Arabidopsis seedling development. Development 30, 969-981. Mandava, N.B. (1988). Plant growth-promoting brassinosteroids. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 39, 23-52.
Mitchell, J.W., and Livingston, G.A. (1968). Meth-ods of studying plant hormones and growth-regulat-ing substances. (Washington: U.S. Government Print-ing Office).
Mitchell, J.W., Mandava, N., Worley, J.F., Plimmer, J.R., and Smith, M.V. (1970). Brassins – a new family of plant hormones from rape pollen. Nature. 225, 1065-1066.
Muessig, C., Fischer, S., and Altmann, T. (2002). Brassinosteroid-regulated gene expression. Plant Physiol. 129, 1241-1251.
Nakajima, N., Shida, A., and Toyama, S. (1996). Effects of brassinosteroid on cell division and colony formation of Chinese cabbage mesophyll protoplasts. Jpn J. Crop Sci. 65, 114-118.
Nakamura, A., Higuchi, K., Goda, H., Fujiwara, M. T., Sawa, S., Koshiba, T., Shimada, Y., and Yoshida, S. (2003a). Brassinolide induces IAA5,
IAA19 and DR5, a synthetic auxin response element in Arabidopsis, implying a cross talk point of brassinosteriod and auxin signaling. Plant Physiol. 133, 1843-1853.
Nakamura, A., Shimada, Y., Goda, H., Fujiwara, M.T., Asami, T., and Yoshida, S. (2003b). AXR1 is involved in BR-mediated elongation and SAUR-AC1 gene expression in Arabidopsis. FEBS Lett. 553, 28-32.
N e m h a u s e r,J.,a n d C h o r y,J.(2002). Photomorphogenesis. In The Arabidopsis Book. C. R. Somerville, and E.M. Meyerwitz, eds. (Rockville: American Society of Plant Biologist). Nemhauser, J., Mockler, T.C., and Chory, J. (2004). Interdependency of brassinosteroid and auxin signaling in Arabidopsis. PLoS Biol. 2, E258. Ponce, G., Barlow, P.W., Feldman, L.J., and Cassab, G.I. (2005). Auxin and ethylene interactions control mitotic activity of the quiescent centre, root cap size, and pattern of cap cell differentiation in maize. Plant Cell Environ. 28, 719-732.
Roddick, J.G., and Guan, M. (1991). Brassinosteroids and root development. In Brassinosteroids: Chemistry, Bioactivity, and Applications, H.G. Cutler, T. Yokota, and G. Adam, eds (Washington: American Chemical Society) pp.231-245.
Shimada, Y., Fujioka, S., Miyauchi, N., Kushiro, M., Takatsuto, S., Nomura, T., Yokota, T., Kamiya, Y., Bishop, G.J., and Yoshida, S. (2001). Brassinosteroid-6-oxidases from Arabidopsis and to-m a t o c a t a l y z e m u l t i p l e C-6o x i d a t i o n s i n brassinosteroid biosynthesis. Plant Physiol. 126, 770-779.
Schlagnhaufer, C., and Arteca, R.N. (1985). Brassinosteroid-induced epinasty in tomato plants. Plant Physiol. 78, 300-303.
Schrick, K., Mayer, U., Horrichs, A., Kuhnt, C., Bellini, C., Dangl, J., Schmidt, J., and Jurgens, G. (2000). FACKEL is a sterol C-14 reductase re-quired for organized cell division and expansion in Arabidopsis embryogenesis. Genes Dev. 14, 1471-1484.
Schumacher, K., Vafeados, D., McCarthy, M., Sze,
555 2006储昭庆等: 油菜素内酯生物合成与功能的研究进展
H., Wilkins, T., and Chory, J. (1999). The Arabidopsis det3 mutant reveals a central role for the v a c u o la r H(+)-A T P a s e i n p l a n t g r o w t h a n d development. Genes Dev. 13, 3259-3270. Souter, M.A., Pullen, M.L., Topping, J.F., Zhang, X., and Lindsey, K. (2004). Rescue of defective auxin-mediated gene expression and root meristem function by inhibition of ethylene signaling in steroid biosynthesis mutants of Arabidopsis. Planta 219, 773-783.
Souter, M., Topping, J., Pullen, M., Friml, J., Palme, K., Hackett, R., Grierson, D., and Lendsey, K. (2002). Hydra mutants of Arabidopsis are defective in sterol profiles and auxin and ethylene signaling. Plant Cell 14, 1017-1031.
Steber, C.M., and McCourt, P. (2001). A role for brassinosteroids in germination in Arabidopsis. Plant Physiol. 125, 763-769.
Suzuki, H., Fujioka, S., Takatsuto, S., Yokota, T., Murofushi, N., and Sakurai, A. (1995). Biosyn-thesis of brassinosteroids in seedlings of Catharanthus roseus, Nicotiana tabacum, and Oryza sativa. Biosci. Biotech. Biochem. 59, 168-172.
Suzuki, H., Inoue, T., Fujioka, S., Takatsuto, S., Yanagisawa, T., Yokota, T., Murofushi, N., and Sakurai, A. (1994). Possible involvement of 3-dehydroteasterone in the conversion of teasterone to typhasterol in cultured cells of Catharanthus roseus. Biosci. Biotech. Biochem. 58, 1186-1188. Szekeres, M., Nemeth, K., Koncz-Kalman, Z., Mathur, Z., Kauschmann, A., Altmann, T., Redei, G.P., Nagy, F., Schell, J., and Koncz, C. (1996). Brassinosteroids rescue the deficiency of CYP90, a cytochrome P450, controlling cell elongation and de-etiolation in Arabidopsis. Cell 85, 171-182.
Takahashi, T., Gasch, A., Nishizawa, N., and Chua,
N.H. (1995). The DIMINUTO gene of Arabidopsis is involved in regulating cell elongation. Genes Dev. 9, 97-107.
Tian, Q., and Reed, J. (2001). Molecular links between light and auxin signaling encode pathways. J. Plant Growth Regul 20, 274-280.
Topping, J.F., May, V.J., Muskett, P.R., and Lindsey, K. (1997). Mutations in the HYDRA1 gene of Arabidopsis perturb cell shape and disrupt embryonic and seedling morphogenesis. Development 124, 4415-4424.
Vogel, J.P., Woeste, K.E., Theologis, A., and Keiber, J.J. (1998). Recessive and dominant mutations in the ethylene biosynthetic gene ACS5 of Arabidopsis c o n f e r c y t o k i n i n i n s e n s i t i v i t y a n d e t h y l e n e overproduction, respectively. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 4766-4771.
Wada, K., Marumo, S., Ikekawa, N., Morisaki, M., a n d M o r i,K.(1981).B r a s s i n o l i d e a n d homobrassinolide promotion of lamina inclination of rice seedlings. Plant Cell Physiol. 22, 323-325 Wang, T., Cosgrove, D.J., and Arteca, R.N. (1993). Brassinosteroid stimulation of hypocotyl elongation and wall relaxation in pakchoi (Brassica chinensis cv Lei-Choi). Plant Physiol. 101, 965-968. Willemsen, V., Friml, J., Grebe, M., van den Toorn, A., Palme, K., and Scheres, B. (2003). Cell polar-ity and PIN protein positioning in Arabidopsis re-quire STEROL METHYLTRANSFERASE 1 function. Plant Cell 15, 612-625.
Yamamuro, C., Ihara, Y., Wu, X., Noguchi, T., Fujioka, S., Katatsuto, S., Ashikari, M., Kitano, H., and Matsuoka, M. (2000). Loss of function of a rice brassinosteroid insensitive1 homolog prevents internode elongation and bending of the lamina joint. Plant Cell 12, 1591-1606.
合成生物学研究进展及其风险 关正君魏伟徐靖 1合成生物学研究概况 合成生物学(synthetic biology)是在现代生物学和系统科学基础上发展起来的、融入工程学思想的多学科交叉研究领域。其包括了与人类自身和社会发展相关的研究方向和内容，为解答生命科学难题和人类可持续发展所面临的重大挑战提供了新的思路、策略和手段。2004年，合成生物学被美国麻省理工学院出版的Technology Review评为“将改变世界的十大新技术之一”。2010年12月，Nature杂志盘点出2010年12件重大科学事件，Science杂志评出的科学十大突破，合成生物学分别排名第4位和第2位。为此，世界各国纷纷制定合成生物学发展战略及规划，开展合成生物学研究，以抢占合成生物学研究和发展先机，促进了合成生物学基础研究和应用研究的快速发展。同时合成生物学的巨大应用潜力，还吸引了众多公司及企业参与到该领域的研究开发，推动着合成生物学产业化的进程。 合成生物学作为后基因组时代生命科学研究的新兴领域，其研究既是生命科学和生物技术在分子生物学和基因工程水平上的自然延伸，又是在系统生物学和基因组综合工程技术层次上的整合性发展。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造不同，合成生物学旨在将工程学的思想用于生物学研究中，以设计自然界中原本不存在的生物或对现有生物进行改造，使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生产能源、提供食物、处理污染等，从而增进人类的健康，改善生存的环境，以应对人类社会发展所面临的严峻挑战。 作为一个新的基础科学研究领域，合成生物学综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，涵盖利用基因和基因组的基本要素及其组合，设计、改造、重建或制造生物分子、生物体部、生物反应系统、代谢途径与过程，乃至整个生物活动的细胞和生物个体。合成生物学使人们可以利用与物理学方法类似的模块构建和组装形成新的生命有机体，从而人工设计新的高效生命系统。中科院《2013年高技术发展报告》指出，DNA测序技术、DNA合成技术和计算机建模是支撑合成生物学发展的关键技术。近年来，大量物种的全基因组测序，为合成生物学家构建功能组件的底盘生物体系提供了丰富的遗传信息。快速、廉价的测序技术也促进了新的系统和物种的识别和解析。 2 合成生物学应用研究进展 2.1 合成生物学在医药工业领域的应用 2.1.1 天然药物合成生物学 天然药物合成生物学是在基因组学研究的基础上，对天然药物生物合成相关元器件进行发掘和表征，借助工程学原理对其进行设计和标准化，通过在底盘细胞中装配与集成，重建生物合成途径和代谢网络，从而实现药用活性成分定向、高效的异源合成，以解决天然药物
天然芸苔素内酯 1．概述英文通用名： Brassinolide 中文别名：油菜素内酯，芸苔素内酯 英文别名：Brassins,BR,Kayaminori 农药类别：植物生长调节剂 外观：白色结晶粉末 溶解性：水中的溶解度为5mg/kg，易溶于甲醇、乙醇、氯仿、丙酮等，常温条件下储存稳定pH 值：5.4 毒性：对人畜低毒。大鼠急性口服LD50>2000mg/kg，急性经皮LD50>2000mg/kg，鱼毒也很低。 其他：从生产工艺上芸苔素内酯可分为天然芸苔素内酯和化学合成芸苔素内酯，天然芸苔素内酯为植物提 取物，化学芸苔素内酯为工业合成品 2．特点：提取于油菜花中，是植物自身分泌产生的第6大生长激素。 2.1．天然性（Natural）:采用先进的定向酶脂萃取工艺直接从植物花粉及其衍生物中提取的天然物质 2.2．稳定性（Stable）：最新生产工艺保证每批次质量稳定，多种天然组分，保证复杂环境条件下的效果稳定 2.3．安全性（Safe）：源于植物，用于植物，美国FDA 检测报告未检出毒性，中国唯一一个绿色食品生产资料认证的调节剂类产品，对作物和食品高度安全 2.4．多效性（Rounded）：具有生长素、赤霉素、细胞分裂素等多种功能，在不 同作物及其不同的生长期，表现出不同的调节效果 2.5．强效性（Potent）：其生理活性更高、更强，其使用浓度比其它几种调节剂低1000 倍以上 3、剂型 3.1．芸苔素内酯95%原药，90%原药，0.15%可溶性粉剂 4．应用领域：植物生长调节，叶面肥料生产 5．背景及功效： 1970 年由美国科学家从油菜花粉分离出称芸苔素内酸，但是成本非常高，后来研究了其结晶结构，证实是一种甾体物质，这是一种自然界最新的植物生长调节剂，称为第六类植物激素，1982 年由日本合成复制品。20 世纪八十年代天然芸苔素内酯生产工艺由四川省朝阳激素研究所开始转化生产，目前为第六代植物提取生产工艺，硕丰481 率先在国内生产应用。21 世纪初，天然芸苔素内酯作为油菜花粉产业重要的组成部分，被国内外医疗机构开始关注，目前已经在医药和保健品领域应用。2012 年中华人民共和国农业部完成了天然芸苔素内酯行业标准的建立工作，天然芸苔素内酯与人工合成的芸苔素内酯在国家政策方面开始区别管理。 天然芸苔素内酯对人畜无害，对环境无污染，对发展生态农业和优质高产具有特殊作用。天然芸苔素 内酯适用于粮食作物，经济作物，蔬菜和水果等，促进生长，增加产量，具有强力生根、促进生长、提苗、壮苗、保苗、黄叶病叶变绿、促进受精、保花保果、促进果实膨大早熟、减轻病害缓解药害、协调营养平衡、抗旱、抗寒、抗盐碱、增强作物抗逆性等多重功能。对因重茬、病害、药害、冻害、盐害等原因造成的死苗、烂根、立枯、猝倒现象急救效果
·综述· 鬼臼毒素生物合成研究进展 陆炜强，傅承新，赵云鹏 * （浙江大学生命科学学院濒危野生动植物保护生物学教育部重点实验室，浙江杭州310058） ［摘要］鬼臼毒素（podophyllotoxin ）是一种成功商品化的天然木脂素，其衍生物依托泊苷（etoposide ）、替尼泊苷（tenipo-side ）等在临床上广泛应用于抗肿瘤、抗病毒治疗。植物提取是鬼臼毒素的主要来源，面对野生资源压力，人们分别开展了植物野生变栽培、 植物细胞或器官培养、化学全合成等研究，以扩大鬼臼毒素来源。鬼臼毒素生物合成研究是开展植物规范化栽培和代谢工程的重要前提。20多年来尤其是近10年来，鬼臼毒素生物合成研究进展迅速，但鬼臼毒素的下游代谢以及整个合成途径基因水平的评述仍不足，因此作者专门针对鬼臼毒素的生物合成，对相关文献尤其是近10年的文献进行综述，重点介绍其合成途径关键环节的过程、主要产物、酶的特点与功能、已报道的酶编码基因等内容，以合理推测和概括鬼臼毒素的生物合成途径，同时对目前研究仍存在的问题和将来研究方向进行了讨论。 ［关键词］鬼臼毒素；生物合成；规范化栽培；代谢工程［稿件编号］20101116002 ［基金项目］国家科技支撑计划项目（2006BAI21B07）；浙江省科技厅中药现代化专项（2006C13077）［通信作者］* 赵云鹏， Tel ：（0571）88206463，E-mail ：ypzhao @https://www.doczj.com/doc/515280024.html, ［作者简介］陆炜强， Tel ：（0571）88206463，E-mail ：lwq-711@ 163.鬼臼毒素（podophyllotoxin ， PTOX ）是植物来源天然产物成功商品化的经典案例。从其发现至今已有近1个世纪的历史，其具有良好的抗肿瘤、抗尖锐湿疣、抗艾滋病毒活性 ［1-3］ ，虽然自身毒副作用较大，但其半合成衍生物在保证治 疗效果的同时，大大降低了毒性，在临床治疗淋巴癌、肺癌等多种癌症中得到广泛应用， 如依托泊苷（etoposide ，VP-16），替尼泊苷（teniposide ，VM-26），依托泊苷磷酸酯（etopophos ），azatoxin ，tafluposide 等［4］。鬼臼毒素的传统和主要来源是植物提取，来源植物主要分布于小檗科足叶草属Podophyllum 、桃儿七属Sinopodophyllum 、八角莲属Dysosma 、山荷叶属Diphylleia 、Jeffersonia 属，其他还有亚麻科亚麻属Linum ，柏科刺柏属Juniperus 、崖柏属Thuja 、Callitris 属，唇形科山香属Hyptis 、百里香属Thymus 、香科科属Teucrium 、荆芥属Nepeta 、Eriope 属等［5-7］。由于过度采挖、生境破坏和植物自身生长缓慢等原因，鬼臼类野生植物资源逐渐枯竭、物种濒危，已难以满足鬼臼毒素生产的需求，人工规范化栽培势在必行，但目前桃儿七S .hexandrum （异名：Podophyllum hex-andrum ，P .emodi ）、八角莲D .versipellis 的栽培刚刚起步，其他来源植物的新资源开发程度也有待进一步深入 ［8-10］ 。此外，虽然化学全合成技术已经有所突破，但是 复杂的合成过程、极低的合成效率（约为5%），使人工全合成鬼臼毒素目前仍难以实现商业化 ［3，11］ 。近年来基于 生物技术的植物代谢工程快速发展，为鬼臼毒素替代资源的开发提供了更多途径，如植物细胞或器官培养、生物转化等，但仍存在效率低、成本高的共性问题，目前尚未产业化 ［5，12-14］ 。因此，要彻底解决鬼臼毒素的来源问题， 仍需要对上述3种途径的关键科学和技术问题深入研究。 实现药用植物规范化栽培和植物细胞或器官培养生产鬼臼毒素的前提之一是必须充分阐明鬼臼毒素的生物合成途径及其调控机制。因此，自20世纪80年代末以来，学者们以足叶草Podophyllum spp.、亚麻Linum spp.等植物的组织或细胞培养体系为研究系统，探讨了鬼臼毒素的生物合成途径，取得了长足进展。前人综述了不同时期鬼臼毒素生物合成不同方面的研究进展 ［6，12，15-19］ ，揭示了合成途径的大体 框架，为后续的研究提供了良好的基础和背景。但是前人的综述大多是对鬼臼毒素的资源、化学、药理、生物合成、细胞或器官培养等内容的全面评述，或者是对整个木脂素类生物合成的综述， 对于鬼臼毒素生物合成的论述不够全面、详细，比如对鬼臼毒素下游的代谢往往没有讨论，而且对近几年已有新进展的相关酶编码基因的分离、扩增、表达也较少涉及。因此，本文专门针对鬼臼毒素的生物合成，对相关文献尤其是近10年的文献进行综述，重点介绍其合成途径关键环节的过程、主要产物、酶的特点与功能、鬼臼毒素下游代谢、已报道的酶编码基因等内容，以期继续推动该领域的研究，实现优质种源筛选、株系改良、栽培和培养条件优化、生产体系调控，为鬼臼类植物规范化栽培和代谢工程的产业化奠定
芸苔素内酯的测定方法 1、方法提要 试样用甲醇溶液溶解，在室温下与苯硼酸衍生化反应30分钟，以乙腈+水为流动相，使用以C18为填料的不锈钢柱和紫外检测器（222nm），对试样中的芸苔素进行反相高效液相色谱分离。 2、试剂和溶液 甲醇：色谱纯； 乙腈：HPLC级； 水：新制二次蒸馏水； 苯硼酸：已知含量； 苯硼酸溶液：1.0mg/mL苯硼酸甲醇溶液； 芸苔素标样：(阿拉丁试剂网aladdin）已知质量分数。 3、仪器 高效液相色谱仪：具有紫外可变波长检测器；色谱工作站； 色谱柱：250mL×4.6mm（i.d.)不锈钢柱，内装C18、5μm填充物； 过滤器：滤膜孔径为0.45μm； 微量进样器：50μL； 超声波清洗器； 真空泵。 4、高效液相色谱仪操作条件 流动相：乙腈：水=80:20（v/v)，经滤膜过滤，并进行脱气； 流速：1.0mL/min； 柱温：35℃； 检测波长：222nm； 进样体积：满环进样； 保留时间：14-羟基芸苔素甾醇约14.613min，3-表芸苔素内酯约15.822min，28-表高芸苔素内酯约16.749min，24-表芸苔素内酯约17.826min,28-高芸苔素内酯约19.735min，本产品天然油菜素内酯保留时间14.33至18.36 min。 上述操作参数是典型的，可根据不同仪器特点，对给定的操作参数作适当调整，以期获得最佳效果。
5、测定步骤 （1）标准溶液的配制 称取芸苔素标准品约0.010g（精确至0.0002g）置于25ml容量瓶中，用10mL 甲醇溶解，加入浓度为1.0mg/mL的苯硼酸甲醇溶液10mL，置于环境温度20℃温度下反应0.5小时。反应完毕，用甲醇稀释至刻度，摇匀，过孔径0.45μm滤膜即得标样溶液。 （2）试样溶液的配制 准确称取样品10g（精确至0.0002g），小心放入50mL的锥形瓶中，量取15mL 正己烷倒入锥形瓶中，将锥形瓶里的物料用电动振荡仪振荡3-5分钟，静置20min 后，加入蒸馏水适量，振荡后静置30min，待溶液完全分层后，取上层正己烷溶液共10mL于25mL容量瓶中，在水浴锅（80℃）中加热，直至完全赶净正己烷，再加入浓度为1.0mg/mL的苯硼酸甲醇溶液10mL，置于环境温度20℃下，反应0.5小时。反应完毕，用甲醇稀释至刻度，摇匀，再部分转入两支5mL离心管中，离心分离2分钟，过孔径0.45μm滤膜即得待测溶液。 （3）测定 在上述操作条件下，待仪器基线稳定后，连续注入数针待测溶液，计算各针 相对响应值，待相邻两针的相对响应值变化小于1%，按照标样溶液、试样溶液、 试样溶液、标样溶液的顺序进行测定。 （4）计算 将测得的两针试样溶液以及试样前后两针标样溶液中芸苔素峰面积分别进 行平均。试验中芸苔素的质量分数按式（1）计算： A2.M1.P X%= ×B ×100（1） A1.M2 式中： A1——标样溶液中芸苔素内酯的峰面积（或峰高）的平均值； A2——试样溶液中芸苔素内酯的峰面积（或峰高）的平均值； M1——芸苔素内酯标样的质量，g； M2——试样的质量，g； B——系数为1.5； P——标样芸苔素内酯的质量分数。 6、允许差 芸苔素质量分数两次平行测定结果之差，应不大于1.23%，取其算术平均值 作为测定结果。
微生物药物合成生物学研究进展 武临专, 洪斌* (中国医学科学院、北京协和医学院医药生物技术研究所, 卫生部抗生素生物工程重点实验室, 北京100050) 摘要: 微生物次级代谢产物结构复杂多样, 具有抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫抑制等多种生物活性, 是微生物药物开发的源泉。当前, 微生物药物研究面临一些挑战: 快速发现结构新颖、生物活性突出的化合物; 理性化提高产生菌的发酵效价; 以及以微生物为新宿主, 实现一些重要天然药物的工业生产。合成生物学是在系统生物学和代谢工程等基础上发展起来的一门学科。本文对合成生物学在发现微生物新次级代谢产物、提高现有微生物药物合成水平和创制微生物次级代谢产物方面的研究进展进行了阐述。 关键词: 微生物药物; 合成生物学; 次级代谢产物; 生物合成 中图分类号: Q939.9; Q81; R914.5 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2013) 02-0155-06 Synthetic biology toward microbial secondary metabolites and pharmaceuticals WU Lin-zhuan, HONG Bin* (Key Laboratory of Biotechnology of Antibiotics of Ministry of Health, Institute of Medicinal Biotechnology, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100050, China) Abstract: Microbial secondary metabolites are one of the major sources of anti-bacterial, anti-fungal, anti- tumor, anti-virus and immunosuppressive agents for clinical use. Present challenges in microbial pharmaceutical development are the discovery of novel secondary metabolites with significant biological activities, improving the fermentation titers of industrial microbial strains, and production of natural product drugs by re-establishing their biosynthetic pathways in suitable microbial hosts. Synthetic biology, which is developed from systematic biology and metabolic engineering, provides a significant driving force for microbial pharmaceutical development. The review describes the major applications of synthetic biology in novel microbial secondary metabolite discovery, improved production of known secondary metabolites and the production of some natural drugs in genetically modified or reconstructed model microorganisms. Key words: microbial pharmaceuticals; synthetic biology; secondary metabolites; biosynthesis 来源于微生物的药物称为微生物药物(microbial medicine, microbial pharmaceuticals), 主要包括来源于微生物(特别是放线菌和真菌) 次级代谢产物的药物。 收稿日期: 2012-09-25; 修回日期: 2012-11-01. 基金项目: 国家“重大新药创制”科技重大专项资助项目(2012ZX09301002-001-016); 国家自然科学基金资助项目 (31170042, 81172964). *通讯作者 Tel: 86-10-63028003, E-mail: binhong69@https://www.doczj.com/doc/515280024.html,, hongbin@https://www.doczj.com/doc/515280024.html, 微生物药物例如抗生素, 在控制感染、免疫调节和治疗癌症等方面发挥了重要作用。目前, 已经从放线菌和真菌中发现了2万多种具有生物活性的次级代谢产物, 其中百余种成为微生物药物。随着对放线菌和真菌的持续开发利用, 直接从放线菌和真菌研制微生物新药难度越来越大, 主要原因在于: ①化合物排重难度很大(从微生物已经发现了25 000多种化合物); ②新微生物资源的分离培养工作没有突破性进展, 获得大量的、具有产生新次级代谢产物能 ·专题报道·
芸苔素内酯不仅仅是解药害 局部市场形成强势品牌 芸苔素内酯五大品种 从品牌上来讲，目前，市场上比较活跃的产品有： 以号称天然芸苔素内酯著称的481、皇嘉等品牌；人工合成的较有影响力的有威敌28-高芸苔素内酯、爱增美、云大120、兰月奔福、天丰素等。 其中，威敌生化、兰月奔福、天丰素、爱增美等宣传到位，销售稳中有增加，另外，德国阿格福莱生产的三元复配产品碧护，在市场上表现也很不错。 可惜，云大120在经历了十多年的辉煌后，近年销量下降严重，几近退市边缘。 芸苔素内酯的3种误解 1.误认为是叶面肥 其实，芸苔素内酯不是叶面肥，叶面肥是营养元素肥（如磷、钾、硼、锌、稀土元素、氨基酸等），如果缺乏此种营养，会影响作物生长。 芸苔素内酯本身没有营养，它是通过调节植物内源激素系统，间接调节作物生长，跟叶面肥有很好的兼容性。 2.误认为是万金油
还能提高作物抗逆性能，增强作物抗病、耐寒、抗旱、抗涝、抗盐碱及防早衰的能力，并可减轻由于施用农药、化肥不当所造成的药害。 同时，芸苔素内酯没有抗药性，对农户来讲，可以保花保果，增产效果明显。 3.误认为是小众产品 这个关键是怎么看的问题。 芸苔素内酯资深专家李永才老师说，凡是种庄稼都可以用，如果每亩作物只用一次的话，粗略算一下，芸苔素内酯全国就有105个亿的市场容量，绝对是个大品。 行业资深人士，原云大科技全国营销总经理蔡智文也表示，目前芸苔素内酯国内市场容量约在12-15亿元，预计5年后将达20亿元，随着市场对芸苔素内酯的了解及功能的深入开发，未来将成为百亿级大品！ 芸苔素内酯的作用 1.苗期促根 用作种子处理或苗床期喷洒，对水稻、小麦、玉米、蚕豆、烟草、蔬菜等作物的幼苗根系有明显的促生长作用。 根系鲜重比对照增加20%-50%，干重增加15%-107%，表现为根深叶茂，苗株茁壮。 2.营养期促长
济南大学研究生课程考查试卷 课程编号：QZ283001课程名称：信息与文献检索学时16 学分 1 学号：20172120470 姓名牛浩学科、领域生物工程 学生类别：全日制专业学位成绩：任课教师（签名） 1、考核形式(采用大作业、论文、调研报告、实验报告等)： 课程论文 2、考查（内容、目的等）具体要求： 写一篇与所从事专业相关的综述性论文 字数在3000字左右 书写格式规范，论述清晰，层次分明 3、成绩评定说明（含平时成绩、考核成绩）： 平时成绩主要包括考勤和平时作业，考勤共计10分，平时作业共计20分，占总成绩的30%。 期末课程论文共计70分，占总成绩的70%。 总成绩为平时成绩与课程论文成绩的加和，即100分。
合成生物学在生物燃料领域的研究 摘要：本文简要介绍了合成生物学的概念，生物燃料的研究现状、研究前景以及未来可能会遇到的一些挑战。探讨了合成生物学在生物燃料研究中的应用进展包括提高生物质原料的转化特性、开发绿色高效生物催化剂、构建微生物细胞工厂以及设计合成多种生物燃料产品。最后对合成生物学在生物燃料领域的研究做出了展望。 关键词：合成生物学；生物燃料；研究现状；前景；挑战；应用进展 1 合成生物学概述 合成生物学(synthetic biology) 是综合了科学与工程的一个崭新的生物学研究领域。它既是由分子生物学、基因组学、信息技术和工程学交叉融合而产生的一系列新的工具和方法，又通过按照人为需求( 科研和应用目标)，人工合成有生命功能的生物分子( 元件、模块或器件)、系统乃至细胞，并自系统生物学采用的“自上而下”全面整合分析的研究策略之后，为生物学研究提供了一种采用“自下而上”合成策略的正向工程学方法[1]。它不同于对天然基因克隆改造的基因工程和对代谢途径模拟加工的代谢工程，而是在以基因组解析和生物分子化学合成为核心的现代生物技术基础上，以系统生物学思想和知识为指导，综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，建立基于基因和基因组、蛋白质和蛋白质组的基本要素( 模块) 及其组合的工程化的资源库和技术平台，旨在设计、改造、重建或制造生物分子、生物部件、生物系统、代谢途径与发育分化过程，以及具有生命活动能力的生物部件、体系以及人造细胞和生物个体。 2 生物燃料研究现状与挑战 2.1 生物燃料的研究现状 生物燃料主要包括纤维素生物燃料(乙醇、丁醇等)、微藻生物燃料(生物柴油、航空生物燃料等)，以及最近两年研究较热的新型优质生物液体燃料(高级醇、脂肪醇、脂肪烃等)和利用新技术路线合成的生物乙醇与生物柴油(蓝藻乙醇、微生物直接利用纤维素水解糖体内合成生物柴油等)等。“可持续性”是生物燃料的核
北京华越洋生物提供QQ:1733351176 2，4-表油菜素内酯 2，4- 22R,23R,24R-2α,3α,22,23-Tetrahydroxy-B-homo-7-oxa-5α-ergosta n-6-one 2，4-表油菜素内酯 C28H48O6 MW: 480.68 CAS：78821-43-9 Sotrage：-20℃ 2，4-表油菜素内酯Assay (90) 油菜素内酯又称芸薹素内酯，是一种天然植物激素，广泛存在于植物的花粉、种子、茎和叶等器官中。由于其生理活性大大超过现有的五种激素，已被国际上誉为第六激素。属新型广谱植物生长调节剂。 2，4-表油菜素内酯中文名称：油菜素内酯 英文名称：brassinolide 油菜素内酯，是一种新型植物内源激素，是第一个被分离出的具有活性的油菜素甾族化合物（Brassinosteroids，BRs），是国际上公认为活性最高的高效、广谱、无毒的植物生长激素。植物生理学家认为，它能充分激发植物内在潜能，促进作物生长和增加作物产量，提高作物的耐冷性，提高作物的抗病、抗盐能力，使作物的耐逆性增强，可减轻除草剂对作物的药害。 产品名称：24-表油菜素内酯 产品资料如下： 24-表油菜素内酯现货供应 24-表油菜素内酯 英文名称：24-Epicastasterone CAS号：78821-43-9 2，4-表油菜素内酯1970年，美国学者J.W.米切尔从油菜花粉中分离出一种具有极强生理活性的物质，定名为油菜素，当这一成果发表后曾遭到异议。后来，美国农业部的研究人员用了10年时间，从225公斤油菜花粉中提取出10毫克样品。1979年格罗夫鉴定了它的分子的立体构型并定名为油菜素内酯。科学家们已逐步认可它是继生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯之后的第六大类植物激素。
使用芸苔素内酯的一些注 意事项 This manuscript was revised on November 28, 2020
使用芸苔素内酯的一些注意事项 使用芸苔素内酯后效果如下；促根壮苗优化生长保花保果控梢促梢抗病抗逆防止病害解除药害降低残留增加产量提高品质 一、芸苔素内酯的主要功效： 1、促进增产，2天见效，药效持续30天以上，增产需喷2-3次即可，同时提早瓜菜上市。 2、保花保果防裂果，对开花结果作物，有很好的保花保果，延长开花期，提高结果率，防止裂果。 3、显着提高品质，可大幅提高农作物的糖份、蛋白质、维生素等含量，同时使农产品外观更光亮，耐贮藏，使农产品更好卖。 4、提高作物的抗逆性。喷施后可预防作物重大病害的发生和流行，可以抗霜冻、抗干旱、抗农药药害对作物的危害。 二、芸苔素内酯使用基本技术要点： 1、使用浓度：一般作物1000-----1500倍液，具体按产品说明配制浓度。 2、作物使用时期：由于本系列产品使用后不会导致作物疯长。因此，任何时期使用都是可行的。如在苗期、花蕾期、幼果期使用会更有效。 3、使用方法：宜在上午11点左右，或在下午4点以后喷施，每隔8-12天喷施一次。 4、使用注意事项：可与一般农药混用，即混即用。但勿与强碱性农药混用。 三、芸苔素内酯产品的使用效果：施用后2天左右即可表现效果，可每隔2天进行观察，注意作物六种变化： 1、叶片是否变绿、变亮、变厚、变大； 2、根概茎是否变粗； 3、花是否开得多、开的时间长、落花少； 4、幼果是否座果多； 5、是否害少，不怕霜冻和干旱； 6、果实是否均匀、单果重、光泽亮、少裂果和畸形果等。 四、使用芸苔素内酯的注意事项；本品适宜在晴朗的天气下喷施，喷施4小时后不需补喷、本品渗透力、粘着力很强芸苔素内酯可与部分杀虫杀菌剂混用并相互增加效果50%以上，初次使用，请留空白对照，以验证使用效果。
第!期中!国!科!学!基!金"# !! !学科进展与展望! 合成生物学研究的进展 !!"中国科学院院士$ 本文于!%%&年’!月!"日收到$张春霆" !天津大学生命科学与工程研究院"天津(%%%)!# "摘!要#!本文简要介绍了合成生物学发展的历史背景与定义"它的主要研究内容"包括基因线路$合成基因组$合成药物与生物基产品或材料等%探讨了合成生物学与基因工程的异同"介绍了合成生物学在中国的发展情况"讨论了伦理道德与安全问题"最后展望了合成生物学的发展前景% "关键词#!合成生物学!基因线路!合成基因组!合成药物!合成生物基产品或材料!合成*+,序列 !!合成生物学的历史背景与定义 ’--%年人类基因组计划启动!随后模式生物基因组计划也快速实施!产生了大量的基因组*+,序列信息"由于新技术的出现!又促进了转录组学#蛋白质组学和代谢组学等的产生和发展"这一切又催生了一系列新兴交叉学科!如生物信息学和系统生物学等"基础研究的成果最终要转化为生产力!而合成生物学在!’世纪初的出现则是上述学科发展的一个合乎逻辑的结果"那么什么是合成生物学呢$合成生物学网站是这样介绍的%合成生物学包括两重意义%&’’新的生物零件&./01’#组件&234563’和系统的设计与构建(&!’对现有的#天然存在的生物系统的重新设计!以造福人类社会&711.%))89:; 173156<5=>=?9$=0?)’"维基百科全书是这样描述的%合成生物学旨在设计和构建工程化的生物系统!使其能够处理信息#操作化合物#制造材料#生产能源#提供食物#保持和增强人类的健康和改善我们的环境&711.%))3:$@5A5.325/$=0?)@5A5)B9173156*<5=>=; ?9’" "!合成生物学的主要研究内容 "#!!基因线路$$%&%’())(*)+(’% 说起基因线路或基因回路!最早可追溯到C/6=<和D=:=2关于半乳糖操纵子模型的经典工作" !"#$%&杂志在!%%%年发表了基因振荡和基因双稳态两个基因线路!被认为是奠基性的工作"现在则 已发表了大量的有关基因线路的工作!本文不拟详加介绍"一个典型的基因线路是基因双稳态线路+’,!由两个蛋白质编码基因与两个相对应的启动子组成"线路是这样设计的%蛋白质’的表达抑制了蛋白质!的表达!系统只有蛋白质’存在(反之!蛋白质!的表达抑制了蛋白质’的表达!系统只有蛋白质!存在"可在双稳态线路中加入诱导物!促使系统在两个稳定状态之间任意翻转"基因线路有广泛的应用!因篇幅所限不能展开介绍!下面只介绍(个应用例子" &’’大肠杆菌照相术+!, 首先从集胞兰细菌基因组中克隆两个基因并转入大肠杆菌!使之能生成对光敏感的藻青素!简称E F G"接着利用大肠杆菌中双组份信号转导系统’()*+,-./!将与E F G共价结合的脱辅基蛋白与’()*的组氨酸激酶结构域融合构成一个嵌合体!成为一个光敏部件"同时!将0-.1基因与2"3*基因融合!通过在2"3*基因上游引入0-.1启动子使其表达依赖于,-./"通过这一基因线路!2"3*基因的表达就会受光调控"当有红光照射时&相当于被摄物体的光亮部分’!’()*的自磷酸化被抑制!从而,-./不能被磷酸化激活!2"3*基因关闭!由涂抹在琼脂基片上的菌苔形成的底片保持原色"当没有红光照射时&相当于被摄物体的黑暗部分’!过程正好相反!’()*的自磷酸化被激活!从而使2"3*基因被磷酸化的,-./激活而表达!其产物为半乳糖苷酶!催化菌苔中的B;?/>&一种化合物’反应生成
合成生物学相关文献（免费共享） 摘要：通过将组成生物系统的各类单元模块化、标准化，合成生物学希望达成一种新的生物技术发展模式：即从主要开发里欧那个天然生物系统既有功能，变为用人工设计合成的生物系统来完成天然系统不能完成或者完成效率低的功能。合成生物学通过开展生物元件或者器件、生物途径等多个层次的工程化研究来实现上述目标。 ◆综述: 1.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus 2.McArthur IV GH，Fong SS.2010. Toward engineering synthetic microbial metabolism. J Biomed Biotechnol,doi:10.1155/2010/459760。 综述了元器件工程（components engineering）、和途径工程（pathway engineering）的进展。 3.Andrianantoandro E,Basu S,Karig D,et al.2006.Synthetic biology:new engineering rules for an emerging discipline. Mol Syst Biol,2:14-27。 ◆合成生物学元器件工程： 利用不同调控机制的人工调控器件: 4.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus。 系统的综述了国际上相关工作研究:细胞中的转录调控、RNA调控、蛋白质信号转导等生物调控机制都已经被成功的用于构建合成生物调控元件。 转录调控
DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2012.05.007 · 综述· 合成生物学的关键技术及应用进展 邢玉华，谭俊杰，李玉霞，凌焱，刘刚，陈惠鹏 20 世纪的生物学研究一直着眼于对生物系统的不断分解，解剖至细胞中单个蛋白或基因，研究其结构和功能来解释生命现象。但随着当代分子生物学技术的迅猛发展，以系统化设计和工程化构建为理念的合成生物学成为新一代生物学的发展方向。合成生物学旨在对多种天然的或人工设计的生物学元件进行合理而系统的组合以获得重构的或非天然的“生物系统”，其涵盖的研究内容可以大体分为 3 个层次：一是利用已知功能的天然生物模体（motif）或模块（module）构建成新型调控网络并表现出新功能；二是采用从头合成（de novo synthesis）的方法，人工合成基因组 DNA 并重构生命体；第三个层次则是在前两个研究领域得到充分发展之后，创建完整的全新生物系统乃至人工生命体（artificial life）。合成生物学强调利用工程化的设计理念，实现从元件到模块再到系统的“自下而上”设计。利用生物系统最底层的 DNA、RNA、蛋白质等作为设计的元件，利用转录调控、代谢调控等生物功能将这些底层元件关联起来形成生物模块，再将这些模块连接成系统，实现所需的功能。这是一门涉及微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传工程、材料科学以及计算科学等多个领域的综合性交叉学科。它有别于传统的基因工程，其目的在于组装各种生命元件来建立人工生物体系，让它们能像电路一样在生物体内运行，使生物体能按预想的方式完成各种生物学功能。合成生物学的最高境界是灵活设计和改造生命，重塑生命体。 本文就目前合成生物学采用的关键技术和研究应用进展两方面进行综述。 1 基因组的人工合成技术 2010 年 5 月 20 日，Science报道了 Venter 研究组采用化学方法合成了一个 1.08 Mb 的蕈状支原体基因组，并将其移植入一个山羊支原体受体细胞，从而创造了一个仅由合成基因组控制的新的蕈状支原体细胞[1]。这项成果在合成生物学的发展史中具有里程碑的意义。在此之前，也有许多基因组合成的成功报道。2002 年，纽约州立大学 Wimmer 实验室合成了脊髓灰质炎病毒，这是人类历史上第一个人工合成的病毒。多年来，Venter 等一直致力于合成基因组的研究。2003 年，合成了长达 5386 bp 的ΦX174 噬菌体基因组，实现了用寡核苷酸合成的方法精确合成了 5 ~ 6 kb 的 DNA 序列；2008 年，Venter 实验室又合成了生殖支原体基因组，该基因组全长 582970 bp，是已知的生物体中独立生存的最小基因组[2]；2010 年 10 月他们又发明了迄今最简单有效的基因合成技术，并以此合成了实验小鼠的线粒体基因组[3]。Dymond 等[4]的研究更进了一步，他们于 2011 年报道成功设计合成了酿酒酵母的部分染色体，这是酿酒酵母基因组人工合成计划（SC2.0 Project）取得的第一个成果，该项目的最终目标是人工合成构建酿酒酵母基因组。酵母基因组人工合成将是合成生物学发展史上又一重要的里程碑。 DNA 合成是支撑合成生物学发展的核心技术，它不依赖于 DNA 模板，可根据已知的 DNA 序列直接合成，在基因及生物元件的合成、基因回路和生物合成途径的重新设计组装，以及全基因组的人工合成中发挥重大作用。由于化学合成的 DNA 片段长度有限，要合成长的 DNA 片段需要先合成短的寡核苷酸，然后再将寡核苷酸进行拼接。因此，基因组合成的基本思路为：①按照原始基因组序列设计合成寡核苷酸；②利用各种方法将寡核苷酸拼接成较长的 DNA 序列；③以较长的序列为基础，进一步拼接得到更长的DNA 序列，拼接成完整的基因组；④将合成的基因组移植到细胞中，并验证其功能。 1.1 寡核苷酸的合成 目前寡核苷酸一般采用固相亚磷酰胺三酯法合成。寡核苷酸的长度是一个重要的参数，随着长度的延长，产率下降，纯度也降低，积累的合成错误大大增加。较短的寡核苷酸会有较少的错误，但是需要增加组装所需的重叠序列，使合成成本增加。使用 60-mer 的寡核苷酸，可以最大程度地降低错配率和生产成本[5]。 1.2 由寡核苷酸拼接成较长的 DNA 片段 寡核苷酸可以通过各种方法拼接成几百 bp 到几千 bp 的 DNA 片段。常用的体外拼接方法有以下两种：连接酶链式反应（ligase chain reaction，LCR）和快速聚合酶链式组装法（polymerase chain assembly，PCA）。 LCR 法利用 Taq 连接酶将首尾相连、重叠杂交的寡核苷酸片段连接起来，连接反应在较高温度下进行，因而可以排除 DNA 二级结构的干扰；但是基因合成的成本大大增加。 PCA 法是两条具有部分重叠的寡核苷酸互为引物互为模板进行聚合酶的延伸，延伸得到的序列再通过与其他寡核苷酸退火、延伸，进行多次循环后，最终合成目的序列。PCA 法合成成本较连接酶法大大降低。这种方法逐渐得到广泛使 基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划）子课题（2012AA 022001-03D） 作者单位：100071 北京，军事医学科学院生物工程研究所（邢玉华、谭俊杰、李玉霞、凌焱、刘刚、陈惠鹏）；130012 长春，吉林大学生命科学学院（邢玉华） 通讯作者：刘刚，Email：jueliu@https://www.doczj.com/doc/515280024.html, 收稿日期：2012-07-16
芸苔素内酯英文通用名brassinolide 中文别名：28高、408、硕丰481、美多收、天丰素、芸天力、果宝、油菜素内酯、保靓、金云大等英文别名：Brassins,BR,Kayaminori农药类别：目前全球芸苔素内酯研发以中国和日本代表最高水平，全球唯一能工业化生产芸苔素24-表、24-混表、28-高、28-表高的原药生产单位仅上海威敌 调节剂化学类别：激素类 化学名：(2α,3α,5α,22R,23R,24S)-2,3,22,23-Tetrahydroxy-B-homo-7-oxaergostan-6-one 分子式：C28H48O6 分子量：481.68 芸苔素内酯是一种新型绿色环保植物生长调节剂，其通过适宜浓度芸苔素内酯浸种和茎叶喷施处理。可以促进蔬菜、瓜类、水果等作物生长，可改善品质，提高产量，色泽艳丽，叶片更厚实。也能使茶叶的采叶时间提前，也可令瓜果含糖份更高，个体更大，产量更高，更耐储藏。植物激素，对人畜都是无害的，正常使用剂量非常安全有效。天然芸苔素可广泛用于应用于各种经济作物，一般可增产5-10%，高的可达30%,并能明显改善品质，增加糖份和果实重量，增加花卉艳丽。同时还能提高作物的抗旱，抗寒能力，缓解作物遭受病虫害，药害，肥害，冻害的症状。 芸苔素内酯 英文通用名brassinolide 中文别名：28高，408，508，608，硕丰481，天丰素,芸天力，果宝，油菜素内酯,农梨利 曾用商品名：天然芸苔素内酯408、芸天力、保靓、天丰素、金云大等 英文别名：Brassins,BR,Kayaminori 化学类别：激素类 化学名：(2α,3α,5α,22R,23R,24S)-2,3,22,23-Tetrahydroxy-B-homo-7-oxaergostan-6-one 分子量：480.68 CAS号：72962-43-7 芸苔素内酯是一种新型绿色环保植物生长调节剂，其通过适宜浓度芸苔素内酯浸种和茎叶喷施处理.可以促进蔬菜、瓜类、水果等作物生长,可改善品质，提高产量，色泽艳丽，叶片更厚实。也能使茶叶的采叶时间提前，也可令瓜果含糖份更高，个体更大，产量更高，更耐储藏，在目前，农药市场上植物生长调节剂以人工合成的复硝酚钠和芸苔素两大类为主。在实际应用中，以天然提取的芸苔素质量最好，综合经济效益更优，更能得到农民欢迎和应用。不管属于哪一类植物激素，对人畜都是无害的，正常使用剂量非常安全有效。天然芸苔素可广泛用于粮食作物如水稻，麦类，薯类，一般可增产10%左右；应用于各种经济作物如果树、蔬菜、草莓、瓜果、棉麻、花卉等，一般可增产10-20%，高的可达30%,并能明显改善品质，增加糖份和果实重量，增加花卉艳丽。同时还能提高作物的抗旱，抗寒能力，缓解作物遭受病虫害，药害，肥害，冻害的症状。 芸苔素内酯适合下面作物品种： 果树类：荔枝龙眼桔橙苹果梨葡萄桃枇杷李杏草莓香蕉等使用时期：始花期幼果期果实膨大期。 使用方法及用量：每瓶兑水15公斤，叶面均匀喷雾。 使用效果：保花保果，显著提高座果率，果实生长快，果实大小均匀，着色好，增甜，早熟增产25-40%，提高抗寒能力 芸苔素内酯 蔬菜类：番茄茄子等茄科类
合成生物学的前景展望 目录： 前言 科学定义 学科特征 发展现状 前景展望 结语 前言 当今方兴未艾的合成生物学，是一门建立在生物信息学、DNA化学合成技术、遗传学和系统生物学之上的交叉学科。近十年来，该学科在病毒全基因组合成、标准化遗传回路和最小基因组研究中取得了巨大的突破，也展现了其在生物科学应用中扮演的重要角色。本文将通过介绍与分析合成生物学的相关信息展望合成生物学的发展前景。 科学定义 目前合成生物学研究涵盖范围广泛，对其定义的表述不尽相同：合成生物学领域知名的网站（http://syntheticbiology. org）这样描述该领域的主要研究内容：“设计和构建新型生物学部件或系统以及对自然界的已有生物系统进行重新设计，并加以应用。”2010年12月，美国13位知名专家共同完成了一份名为《新的方向》的研究报告，专门探讨合成生物学问题，文中将合成生物学的研究目标定位为：“将标准化的工程技术应用于生物学，以此创造出新型或具有特定功能的生命体或生物系统，以满足无尽的需求。”合成生物学组织(Synthetic Biology Community)网站上公布的合成生物学的定义则强调合成生物学的两条技术路线：(1)新的生物零件、组件和系统的设计与建造；(2)对现有的、天然的生物系统的重新设计。 综合起来，合成生物学可被理解为基于系统生物学的遗传工程从基因片段、人工碱基DNA子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。 学科特征 1.多学科交叉性： 作为一个以多学科为基础的综合性交叉研究领域，对于生物学家，合成生物学打开了一扇探索生命奥秘的大门；工程学家更关注的是该如何将实验流程和各类生物学元件进行模块化、标准化，以及如何有效地控制多个元件的相互协调；而如何将标准化的生物学模块进行数字化、定量化评价，更好地为人造“软件”进行模拟计算从而指导生物系统的构建，则是计算科学在生命科学中应用的突出体现；化学家和药物学家则更愿意将合成生物学看作多种用途的新型工具，用于高效地生产新型燃料和药物。 2.超越传统技术的革新： 合成生物学改变了过去的单基因转移技术，开创综合集成的基因链乃至整个基因蓝图设计，并实现人工生物系统的设计与制造。从分子结构图式、信号传导网络、细胞形态类型到器官组织结构的多基因系统调控研究的系统遗传学，以及纳米生物技术、生物计算、