10_油菜素内酯生物合成与功能的研究进展zhuzq
油菜素内酯(BR)促进植物生长机理研究进展
植物学通报
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油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展油菜素内酯(Brassinosteroids, BRs)是一类重要的植物类固醇激素,调控着植物的生长发育和耐逆能力。
近年来,众多的研究表明,油菜素内酯在保障植物的产量和品质上有着重要的作用。
本文就油菜素内酯在调控植物生长、发育和产量品质方面的研究进展进行综述。
一、油菜素内酯的生物合成与信号转导途径油菜素内酯是一种具有18碳的五大环结构化合物,胆固醇是合成油菜素内酯物质的前体。
油菜素内酯是由多个酵母菌醇羟化酶和氧化脱氢酶酶系合成的,同时还与植物生长调节素(GA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素等其他激素息息相关。
油菜素内酯信号转导通路是由BR受体激活后,激活BRASSINAZOLE-RESISTANT 1(BZR1)和BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2(BIN2)等转录因子的信号转导过程。
BZR1是BR的核转录因子家族成员之一,可以通过调控基因表达水平来调整植物的生长与发育。
1. 油菜素内酯对植物生长的调控油菜素内酯可以促进植物幼苗的生长,促进叶片的展开,促进植物的生长延伸,使植物叶面积的扩大,素描面积增加,叶绿素的含量增加。
此外,油菜素内酯也可以增加细胞的壁材质,促进植物的外部及内部结构的发生与变化,从而促进植物体积的增大。
油菜素内酯对植物生殖器官的发育也有显著的调控作用。
油菜素内酯可以促进花粉管的伸长,加快花粉对子房的结合,从而提高果实的质量和数量;油菜素内酯还可以调节根系生长,增加植物的根系分诊,并为植物提供更多的水分与养分,从而达到增强植物抗逆能力和提高植物生长发育的目的。
油菜素内酯在提高植物产量和品质方面也有着重要的作用。
研究表明,油菜素内酯在调节植物生长初期和中期,能够协同地调节植物的生长,增加植物的产量和品质。
在作物中,油菜素内酯可以通过促进种子的萌发、花粉活性的提高、增加叶片面积、控制叶片落脚点等途径来提高作物的产量和品质。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯(BRs)是一类植物内源生长素内酯,对植物的生长发育及产量品质有重要影响。
本文综述了近年来有关BRs调控作物生长发育与产量品质的研究进展。
BRs具有调节植物生长发育和对逆境胁迫的响应的重要作用。
通过反式细胞质转运过程,BRs能够促进植物的细胞伸长和分裂。
此外,BRs还可以调节植物根系发育和植物的光合作用。
最近的研究还发现,BRs在植物的寿命和老化过程中也起着重要作用。
BRs在作物生产中的应用具有重要的价值。
BRs能够促进作物生长,增加氮素的吸收和利用,提高根系的生长和光合活性,从而提高作物的产量和品质。
研究表明,BRs的使用可以提高农作物的耐受性和抗逆性,改善作物的免疫功能。
通过基因工程技术和代谢工程技术,可以调节BRs的代谢和信号转导途径,从而调控植物的生长发育和产量品质。
例如,研究人员通过转基因技术将BRs合成途径的基因导入水稻中,增加了水稻的产量和氮素吸收能力。
此外,代谢工程技术可以通过调节BRs的代谢途径,从而优化农作物的产量和品质。
总之,BRs是一种重要的植物内源物质,对作物的生长发育和品质具有重要的影响。
通过基因工程技术和代谢工程技术,可以进一步研究BRs的调控作用,从而提高作物的产量和品质,为农业生产做出贡献。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展摘要:油菜素内酯(brassinosteroid, BR)是一类新型植物生长素,通过调控植物生长发育及产量品质发挥着重要的生物学作用。
本文综述了油菜素内酯的生物合成途径、信号转导途径,以及油菜素内酯参与植物生长发育、产量品质调控的研究进展。
研究发现,油菜素内酯通过诱导表达生长调节基因(Growth-regulating factors, GRFs)、增强省慧芝蛋白(proline-rich EXT-like receptor kinase, PERK)的活性等途径,促进茎秆和叶片的早期生长、侧枝分生、花荚的发育和产量的提高。
同时,油菜素内酯还能够提高品质指标(如粗草酸含量、芥酸含量等)和抗逆性,通过调节植物雄性生殖器官发育,可以改善花粉活力和花粉管长度,从而提高花粉对不利环境的适应能力。
Abstract:Brassinosteroids (BRs) are a novel type of plant growth hormone, which plays an important biological role in regulating plant growth and development, and improving yield and quality. This paper reviews the research progress of BR biosynthesis pathway, signal transduction pathway, and the involvement of BR in regulating plant growth, yield and quality. It was found that BR could promote the early growth of stems and leaves, lateral branch generation, pod development and yield improvement by inducing gene expression of growth regulating factors (GRFs), and enhancing the activity of proline-rich EXT-like receptor kinases (PERKs). At the same time, BR could improve quality indexes (such as crude oil acid content, erucic acid content, etc.) and stress resistance. Through regulating the development of male reproductive organs, it could improve the vitality of pollen and the length of pollen tubes, and thus enhance the adaptability of pollen to adverse environments.Key words: brassinosteroid; growth and development; yield and quality; regulation; pathway1. 引言油菜素内酯是植物体内一类新型的甾体激素,可以促进植物生长发育及提高产量品质,同时还具有提高植物抗逆性等生理效应(Wang et al., 2016)。
油菜素内酯生物合成途径的研究进展(植物学报)2015
植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2015, 50 (6): 768–778, doi: 10.11983/CBB14168 ——————————————————收稿日期: 2014-09-11; 接受日期: 2015-03-20基金项目: 国家自然科学基金面上项目(No.31270324)、教育部科学技术研究重大项目(No.313034)、中央高校创新团体项目(No.GK20110- 1005)、博士后基金面上项目(No.2012M521740)、国家自然科学基金青年项目(No.31300193)和博士点基金(No.20130202110007) * 通讯作者。
E-mail: gwu3@油菜素内酯生物合成途径的研究进展任鸿雁, 王莉, 马青秀, 吴光*陕西师范大学生命科学学院, 西安 710069摘要 油菜素内酯(BRs)在植物的生长发育过程中具有重要作用。
该文首先综述了油菜素甾醇的结构及其生物合成途径的研究方法。
之后, 介绍了其化学及生物活性的检测方法。
最后, 详细介绍了BR 生物合成的早期和晚期C-6氧化途径及早期C-22和C-23羟化与合成途径的调控, 并阐述了近年来植物油菜素内酯生物合成缺失突变体及其合成酶等方面的研究进 展。
关键词 油菜素内酯, 生物活性, 生物合成, 植物生长发育任鸿雁, 王莉, 马青秀, 吴光 (2015). 油菜素内酯生物合成途径的研究进展. 植物学报 50, 768–778.油菜素内酯(brassinosteroids, BRs)是一种重要的植物甾醇类激素。
它是在1970年由美国农业科学家Mitchell 等尝试从油菜花粉中筛选和分离具有高生理活性的物质时首先发现的。
Grovoe 等(1979)确定了其化学结构属于甾醇内酯。
至今已分离出70多种与BL 类似的化合物, 统称为油菜素甾醇类化合物(brassino- steroids, BRs)。
油菜素内酯生物合成途径的研究进展
油菜素内酯生物合成途径的研究进展一、本文概述油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)是一类具有广泛生物活性的植物激素,对植物的生长、发育以及适应环境胁迫等方面发挥着重要作用。
自20世纪70年代被发现以来,油菜素内酯的生物合成途径一直是植物生物学研究的热点领域。
本文将对油菜素内酯的生物合成途径及其相关研究进展进行概述,以期为进一步理解油菜素内酯在植物生命活动中的功能和应用提供理论基础。
油菜素内酯的生物合成途径是一个复杂的生物化学过程,涉及多个酶促反应和中间代谢产物的转化。
近年来,随着分子生物学和基因组学等技术的发展,油菜素内酯生物合成途径中的关键酶和调控机制逐渐被揭示。
本文将从油菜素内酯的生物合成途径及其调控机制、油菜素内酯信号转导途径、油菜素内酯在植物生长发育中的功能以及油菜素内酯的生物技术应用等方面,对油菜素内酯生物合成途径的研究进展进行综述。
本文还将探讨当前研究中存在的问题和未来的发展方向,以期为油菜素内酯的生物合成途径研究提供新的思路和方法。
二、油菜素内酯生物合成途径概述油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)是一类具有广泛生物活性的植物激素,对于植物的生长发育、逆境响应以及代谢调控等方面发挥着重要作用。
近年来,随着分子生物学和代谢组学等技术的快速发展,油菜素内酯的生物合成途径得到了深入的研究。
油菜素内酯的生物合成途径主要包括甾醇侧链的修饰和环化两个主要阶段。
在甾醇侧链修饰阶段,植物中的甲瓦龙酸通过一系列酶促反应转化为菜油甾醇,这是油菜素内酯生物合成的前体物质。
随后,菜油甾醇经过多步氧化还原反应和甲基化修饰,生成具有C-22和C-23不饱和键的中间产物。
在环化阶段,上述中间产物通过细胞色素P450单加氧酶催化,发生C-22和C-23键的环化反应,生成油菜素内酯的核心结构。
随后,通过进一步的修饰和转化,生成具有不同侧链长度和取代基团的油菜素内酯类化合物。
油菜素内酯生物合成途径中的关键酶和调控机制也得到了广泛研究。
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植物学通报 2006, 23 (5): 543 ̄555* Author for correspondence. E-mail: hwxue@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 Biosynthesisand FunctionsZhaoqing Chu, Li Li, Li Song, Hongwei Xue *State Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Institute of Plant Physiology and Ecology, ShanghaiInstitutes for Biological Sciences, Chinese of Academy of Sciences, Shanghai 200032, ChinaAbstract 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。
油菜素内酯在蔬菜上的应用研究进展
wa hnl . u igi nZ egi L oQnx n
l 促 进 生长
用 1 / 0ms L的油 菜素 内酯 处理 菜 豆幼 苗第 二节 间, 便可引起该节 间显 著伸长弯 曲 , 细胞分裂加快 , 节
间 膨 大 , 至 开 裂 , 此 这 一 个 反 应 被 用 来 作 油 菜 素 甚 因
构 的具 有生 物活性 的天 然产物 统称 为油菜 素 甾体 类 化合物(rsi s ri ,R, R ) 。现 在已发 现 ,R bas ot o sB B st n e d ” B s
发 现 了一 种 新 的 生 长 物 质 , 能 引起 菜 豆 幼 苗 节 间 伸 它
素 , 五 大 植 物 激 素 并 列 写 入 教 科 书 中1 0世 纪 8 与 6 ] 。2 0
年代 开始进 行人工化学合 成 , 人工合成 的高活性油菜 素 内酯 类似物称为表油 菜素 内酯 (p— r s oi , eiBa i l e 简 sn d 称 e iB t 油菜素内酯在植 物体 内单一或 协同其他 p— R) 。  ̄
其 化学结构 。 17 在 9 9年 , rv G oe等“ 27k 油菜花粉 2 g 从 中提取 得到 1 g的高活性结 晶物 , 0m 通过 X光衍 射和
超 微 量 子 分 析 确 定 了其 分 子结 构 , 为 是 一 种 甾 醇 内 认
酯 化合 物 ,故将 其命 名 为 油菜 素 内酯 (rsi l e bas o d , ni
作 用 , 3 多年 来 的研 究取 得 了很 大的 进 展 。 油 菜素 内 酯的 生 理 作 用 及 近 年 来 的研 究 成 果 来概 述 其 在 蔬 菜生 产 中 的应 用 , 近 0 从 以
油菜素内酯的生物合成及信号转导研究进展
胞在形 成层 以外形 成 , 与拟南芥 d w f 7 — 1 突变体 的表型
种子发 芽 、 根茎 伸长生长 、 光形态 建成 、 维管束 分化 、 向性建 成和生殖 发育等发 育和生 长过程 中起 到重 大 的作用 , 同时B R 还 具有增强植物抵 抗高温 、 低温和 高 盐等不 利生长条件 的功能 。
关键词 : 油菜素 内酯; 生物合成 ; 信号转导 ; 进展 中图分类号 : Q9 4 文献标志码 : A 文章编号 : 1 6 7 4 — 9 3 2 4 ( 2 O 1 5 ) 1 9 - 0 1 1 1 - 0 2
油 菜 素 内酯 ( b r a s s i n o s t e r o i d s , B R) 作 为 一类 甾醇 类 激素 , 在植物体 内广泛分布 。油菜 素内酯在植物 的
一
相 同。 另外突变体维管束 的数 目减少到6 个, 而野生型 有8 个。 C a n o — D e l g a d o 等报道两个B R 受体B R L 1 和B R L 3 在 导管组 织 中特异性表达 ,而且 突变体b r l l 表 现出异 常 的韧皮部/ 木质部分化 比率 。
1 . 细胞伸长 。B R 可促进黄瓜 的下胚 轴 、 豌豆和绿 豆的上胚轴 、 单子 叶植物 的中胚轴 和胚 芽鞘及幼苗茎 的伸长 , 植物幼嫩 的营养器官对B R 响应尤其 明显 。 B R
通 过调控植物细胞液泡膜H + - A T P a s e 的组装 ,促进液 泡吸收水分 , 从而引起细胞 的快速伸 长生长 。Y a n g 等
的研究 表明 , 油菜素 内酯 的转 录因子 B E S 1 可直接与全 部 的拟南芥纤维素合成酶基 因的启 动子区域结合 , 开
启这些基 因表达 。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展【摘要】油菜素内酯是一种重要的植物生长素,通过调控植物生长发育及产量品质发挥重要作用。
本文从油菜素内酯的生物合成途径、在植物生长发育中的作用、调控植物产量的机制、对植物品质的影响以及相关研究进展等方面综述了其研究进展。
研究表明,油菜素内酯对植物的生长发育、开花时间和果实成熟具有显著影响,同时也影响植物的产量和品质。
未来的研究应进一步深入探讨油菜素内酯在植物发育中的作用机制,以期更好地应用于农业生产中,提高作物产量和品质。
油菜素内酯在植物生长发育和产量品质调控中具有重要作用,是当前研究的热点之一。
【关键词】关键词:油菜素内酯、植物生长发育、产量品质、调控机制、研究进展、未来方向1. 引言1.1 研究背景油菜素内酯(brassinosteroid,BR)是一类具有植物生长素活性的植物内源激素,广泛存在于植物体内并参与调控植物的生长发育过程。
自从1967年首次从油菜籽中分离出BR以来,人们对其生物合成、代谢及调控机制进行了深入的研究。
研究表明,油菜素内酯通过调节植物的生长、发育和逆境应对等生理过程发挥重要作用。
过去几十年来,随着科学技术的不断进步,研究者们对油菜素内酯在植物生长发育和产量品质调控中的作用进行了深入的探究。
通过分子生物学、生物化学和遗传学手段,揭示了油菜素内酯信号传导途径的复杂性,不仅为植物生长发育提供了新的理论基础,也为改良作物品质和增加产量提供了新的思路和途径。
在此背景下,本文将对油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质的研究进展进行综述,旨在深入了解油菜素内酯的生物学功能和应用前景,为进一步开展相关研究提供参考和借鉴。
1.2 研究意义油菜素内酯是一种植物生长素,在植物的生长发育和产量品质调控中具有重要作用。
对于植物研究领域来说,深入探究油菜素内酯的生物合成途径、作用机制以及对植物生长发育和产量品质的影响,有助于揭示植物生长调控的分子机制,提高作物的产量和品质。
油菜素内酯在植物生长发育中的作用机制研究进展_郑洁
2. 1 对叶片扩张的影响 细胞的扩张与增殖的协调是保持器官正常生
长的必要条件,二者是由基因与环境因素共同影 响的。大量的研究结果表明油菜素内酯可以促进 植物细胞的伸长,但是关于油菜素内酯在细胞分 裂方面的作用一直存在争议。为了探究 BRs 在 调节细胞分裂方面的作用,2000 年,Hu 等[25]发 现油菜素内酯处理可以上调周期蛋白 CycD3 的 表达,表明油菜素内酯可能对细胞分裂有所影响。
研究表明,油菜素内酯不仅可以通过对细胞 壁进行修饰来调节细胞的伸长,也可以通过对细 胞壁合成基因进行调控从而影响细胞壁的合成。 2011 年,Xie 等[12] 以 拟 南 芥 BR 相 关 的 突 变 体 det2-1 和 bri1-301 为材料,利用染色质免疫共沉 淀的方法,证明油菜素内酯通过转录因子 BES1 结合纤维素合成酶基因( 尤其是涉及初级壁合成 的基因) 的上游元件来调节纤维素的合成,从而 调控细胞的伸长。最近,Bai 等[13]将光、温度、BR 及 GA 的下游元件 PRE、IBH1、HBI1 联系起来,证 明 PREs 可以通过抑制 HBI 的抑制子 IBH 发育中的作用机制研究进展
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该酶缺失会导致植株的矮小,外施 BR 或者过表 达 CPD 的 cDNA,都 可 以 使 其 恢 复 野 生 型 的 表 型[5]。dwf4 突变株同样属于 BR 合成缺陷型矮化 突变体,除了油菜素内酯外任何激素都不能恢复 其矮小的表型[6]。水稻 BR 缺陷突变体 brd1( BRdeficient dwarf1) 具有节间几乎不能伸长、叶鞘缩 短、叶片短小且卷曲严重、分蘖少且不育的表型, 是水稻中第一个被发现的 BR 缺陷型的突变体。 外源施加 BR 后该突变体可以恢复表型。BRD1 基因编码一个 C-6 氧化酶,属于早期的 C-6 氧化 途径,基因发生突变后部分有生物活性的 BR 成 分如香蒲兹醇、油菜素兹酮以及茶兹酮的含量会 降低,导致水稻植株矮化[7]。类似的 BR 缺陷型 突变株还有 bul1-1,该突变体细胞的伸长同样受 到了抑制,利用显微镜对其细胞进行观察发现与 野生型相比突变体中平行微管组织明显减少。该 基因编码一个 Δ7-甾醇-C-脱氢酶,该酶的缺失通 过影响植株体内油菜素内酯的含量从而影响了细 胞的结构,造成矮小的表型[8]。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展油菜素内酯(brassinosteroid,BR)是一类植物内源性类固醇激素,广泛参与植物的生长发育和逆境应答。
近年来,随着BR生物学研究深入,人们对BR的调控植物生长发育和产量品质的作用也越来越关注,本文将从BR生物学基础、BR作用机理、BR对植物生长发育的调控、BR对产量品质的调控这四个方面进行论述。
1. BR生物学基础BR最早发现于油菜籽中,故得名为油菜素内酯。
BR主要存在于植物的茎、叶、花和果实等部位中,具有脱落酸核苷酸(castasterone,CS)、油菜酮(brassinolide,BL)和古铜酸(teasterone,TE)等几十种结构异构体。
BR合成途径复杂,涉及多个酶催化步骤,其中最重要的是保加利亚大麦单胺氧化酶(DWF5,在BR分子结构的合成中发挥关键作用,BR的合成过程就是一系列的氧化还原反应,涉及多个氧化酶和还原酶的作用。
2. BR作用机理BR的作用机理分为两个方面:BR受体和BR信号转导。
BR受体主要为BRI1(BR insensitive 1)和BRI1-like(BRL)家族成员,BRI1为BR生物合成过程中的受体样激酶,可以在细胞膜上通过结合LRR蛋白(Leucine-rich receptor-like protein kinase)作为配体,进而使其激活并产生反应。
BRI1信号转导过程中,BZR1(BRASSINAZOLE-RESISTANT 1-like)和BES1(BRI1-EMS-SUPPRESSOR 1-RELATED)是启动子结合蛋白家族成员,它们参与BR途径下游基因的激活及阻遏,影响植物生长和发育的调节。
4. BR对产量品质的调控BR通过调控植物的生长发育和相关基因的表达来影响产量和品质。
BR的应用可以显著提高水稻、小麦、马铃薯、黄瓜、苹果和葡萄等作物的产量和品质。
例如,应用BR预处理可以提高水稻的光合作用效率和小麦的灌浆期、增加干物质积累率和籽粒的产量品质。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展油菜素内酯(Brassinosteroids,简称BRs)是一类植物激素,它在植物的生长发育和产量品质调控中起着重要的作用。
近年来,关于BRs对植物的影响进行了大量研究,对BRs的调控机制以及其在植物生长发育和产量品质调控中的作用已经取得了一些重要的研究进展。
BRs在植物的生长发育过程中起到了促进作用。
研究发现,BRs参与了植物的种子萌发、根系发育、茎的伸长、叶的展开等过程。
BRs可以促进植物种子的萌发和根系的发育,通过调控根的形态和根的架构来增加植物的吸收面积和吸收能力。
BRs还可以促进植物的茎的伸长,增加植物的高度和生物量。
BRs在植物的产量品质调控中起到了重要的作用。
研究表明,BRs可以促进植物的产量增加和品质提高。
BRs可以增加植物的光合作用速率和叶绿素含量,提高植物的光能利用效率和光合产物积累量,从而增加植物的产量。
BRs还可以促进植物的花芽分化和花器官的发育,增加植物的花期和花数,提高植物的花果产量。
BRs还可以增加植物的抗逆性,促进植物在环境逆境下的生长发育,提高植物的产量和品质。
BRs的调控机制在近年来的研究中取得了一些重要的进展。
研究发现,BRs的信号转导途径是一个复杂的网络,包括BRs受体的识别和结合、信号转导蛋白的激活和转运等多个环节。
BRs信号的转导途径主要通过调控下游基因的表达来实现。
通过研究BRs受体家族的结构和功能,揭示了BRs信号的识别和传递机制。
通过对BRs调控的基因的筛选和功能分析,发现了一些重要的下游基因和通路。
油菜素内酯在植物的生长发育和产量品质调控中起到了重要的作用。
近年来的研究取得了一些重要的进展,揭示了BRs的调控机制和作用途径。
目前关于BRs的研究还存在一些问题,例如BRs的调控机制还不完全清楚,BRs的信号转导途径还有待深入研究等,这些问题需要进一步的研究来解决。
希望今后可以通过更深入的研究揭示BRs在植物生长发育和产量品质调控中的作用机制,为油菜素内酯的应用提供更多的理论指导和技术支持。
油菜素内酯研究进展
4 O多年来 ,研究人员不仅从多种
植 物 体 内发 现 了油 菜 素 内 酯 , 而 且 已
Ke y wo r d s Br a s s i n o s t e r o i d s ;F r u i t a n d
v e g e t a b l e ; Pe s t i c i de r e s i d u e s
Ab s t r a c t Ba s e d o n i n t r o d u c i n g t h e
s o u r c e o f b r a s s i n o s t e r o i d s , t h e p h y s i o l o g - i c a l r o l e s we r e e l a b o r a t e d , i n c l u d i n g p r o —
酯化合 物,并将 其命名 为油菜 素内酯
( B r a s s i n o l i d e , B R 1 ) 圆 。 其 化 学 名 称 为
( 2 2 R , 2 3 R , 2 4 R ) . 2 。 3 。 2 2 , 2 3一 四 羟 基.
i n g p e ss d e g r a d a t i o n o f
关键词 油菜素 内酯( B R ) ; 果蔬 ; 农药残留
中 图分 类 号 Q9 4 6 . 8 8 5 文献标识码 A 文章 编 号 2 0 9 5 ~ 3 3 0 5 ( 2 0 1 3 ) 0 1 — 0 5 6 — 0 2
mo t i n g e l o n g a t i o n a n d d i v i s i o n o f p l a n t c e l l , i mp r o v i n g r e s i s t a n c e o f c r o p ,i m-
油菜素内酯合成途径相关基因的研究进展
BAI Yu1,2,SHA Wei1,2,MA Tianyi1,2
(1. School of Life Sciences,Agriculture and Forestry,2. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Resistance Gene Engineering and Protection of Biodiversity in Cold Areas,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China)
油菜素内酯(brassinosteroids,BRs)是甾醇类植物激素,是迄今为止国际上公认的活性最高、最广谱 的植物生长激素之一,植物经极低浓度处理便能表现出显著的生理效应,油菜素内酯除了具有促进植物生 长的作用外,还能改善植物生理代谢,提高植物抵抗逆境的能力[1].1979 年,Grove[2]等首次在油菜(Brassica campestris)花粉中提取出一种甾类化合物,并命名为油菜素内酯.2005 年,王红红[3]等对油菜素内酯的抗 逆功能进行综述,论述了油菜素内酯对各项抗逆指标及生理指标都具有显著影响.2014 年,习世宏[4]等发
3 CYP90A1
CYP90A1(Cytochrome P450 90A1,细胞色素 P450 90A1)又称 CPD(Constitutive photomorphogenesis and dwarfism,组成型光形态建成与矮化基因),是细胞色素 P450 家族 90 亚家族 A1 的编码基因,其编码产物 是一种油菜素内酯 C23 羟化酶[17].2012 年,武海军[18]在拟南芥中异源过表达胡杨(Populus euphratica)PeCPD 基因,在营养生长阶段各转基因植株较野生型相比植株个体大小和叶片面积均增大;在暗培养和光培养条 件下下胚轴长度均高于野生型;在成熟期植株高度、果荚长度、果荚数量均显著增长.2015 年,王妙[19]证 明了 GmCPDs 与大豆(Glycine max)开花密切相关,是开花过程中必不可少的因素.2016 年,周香艳[20] 利用农杆菌转化法获得转 StPCD 基因马铃薯植株,利用聚乙二醇干旱胁迫,发现转基因植株较野生型相比, 脯氨酸、可溶性糖含量显著增加,超氧化物歧化酶、过氧化物酶等抗氧化酶活性均增强,丙二醛含量降低, 且根长、植株鲜重等均高于野生型,同时表现出株高、茎粗性状,证明了 StPCD 在干旱胁迫中具有积极响 应作用.综上所述,CYP90A1 主要影响植物根茎叶的生长,可能是在植株生长发育中不可或缺的重要基因.
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展油菜素内酯(BR)是一类重要的植物激素,对植物的生长发育和产量品质具有重要影响。
近年来,随着人们对植物生长调控机制的深入研究,油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质的研究也取得了一系列重要的进展。
一、油菜素内酯的生物合成与信号转导机制油菜素内酯的生物合成途径已经初步清晰,大部分酶类基因已经鉴定并确定了其功能。
目前研究发现,油菜素内酯的信号转导机制主要通过BRI1受体激酶介导,并通过一系列的信号传递通路进行生长发育的调控。
二、油菜素内酯调控植物生长发育的研究进展1、对植物生长的促进作用油菜素内酯是一种具有明显促进植物生长的激素,可以增加植物的茎长、叶面积和根系生长,促进植物的伸长生长和侧根生长。
在盆栽试验和田间试验中,油菜素内酯处理不仅可以提高植物的生物量和产量,还可以改善植物的形态结构,促进植物的生长。
三、油菜素内酯调控植物产量品质的研究进展1、对植物代谢途径的调控作用油菜素内酯可以通过调控植物的代谢途径,提高植物的光合作用效率和养分吸收利用率,促进植物的产量和品质的提高。
研究表明,油菜素内酯可以调控植物的碳代谢途径、氮代谢途径、脂质代谢途径等关键酶的表达和活性,提高植物的产量和品质。
四、油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究的展望油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质的研究已取得了一系列重要的进展,但仍存在一些问题和挑战。
未来需要深入研究油菜素内酯的生物合成途径、信号转导机制和调控作用机制,探索油菜素内酯与其他植物激素的相互作用和调控机制,进一步深入解析油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质的分子机理,为油菜素内酯的生物合成途径和应用提供理论基础和科学依据。
在油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质的研究中,还需要加强油菜素内酯的应用研究,探索油菜素内酯在不同农业环境条件下的调控效应和作用机制,为油菜素内酯的农业应用提供技术支撑和科学指导,促进油菜素内酯在农业生产中的应用和推广。
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展油菜素内酯(brassinosteroid)是一种内源植物激素,对植物生长发育及产量品质具有重要调控作用。
近年来,对油菜素内酯的调控机制及应用进行了广泛研究。
本文将从油菜素内酯的生物合成及信号传递途径、调控植物生长发育以及提高产量品质等方面对相关研究进行探讨。
油菜素内酯的生物合成及信号传递途径是其调节植物生长发育的基础。
油菜素内酯的生物合成主要通过角酸途径产生,其中SMT酶和DWF4酶是油菜素内酯合成途径的关键酶。
油菜素内酯的信号传递涉及BR受体的识别和转导,目前已发现多种BR受体,包括BRI1、BAK1和BRI1-ASSOCIATED RECPTOR KINASE 1(BAK1)。
这些受体激活后通过多个信号传递途径,如BZR1途径和BIN2途径,进而调控下游基因的表达,从而影响植物的生长发育。
油菜素内酯通过调节植物生长发育,从而影响植物产量和品质。
油菜素内酯可以促进植物的生长和发育,例如提高花器官的分化和扩展,增加花粉管的生长速率,促进子房的发育等。
油菜素内酯还可以调节植物的茎长、根系发育和叶片扩展等,对植物的形态构建和结构调整具有重要作用。
油菜素内酯还能够调节植物的光合作用和抗逆性,提高植物的产量和适应环境的能力。
近年来,研究人员通过基因编辑和代谢工程等技术手段,对油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质进行了改良。
通过敲除油菜素内酯合成途径的关键酶,可以抑制油菜素内酯的合成,从而影响植物的生长和发育。
通过靶向调控油菜素内酯信号途径的关键基因,也可以改变植物的形态和性状。
这些研究为利用油菜素内酯调控植物的产量品质提供了新的思路和途径。
油菜素内酯在调控植物生长发育及产量品质方面具有重要作用。
深入研究油菜素内酯的调控机制,可以为优化植物的生长发育和提高产量品质提供理论依据和技术支持。
进一步研究油菜素内酯调控植物的生理和分子机制,有助于挖掘油菜素内酯的潜在应用价值,并为农业生产提供新的技术手段。
油菜素内酯调控植物生长发育的研究进展
油菜素内酯调控植物生长发育的研究进展陈晨;陈虹;倪铭;张子晗;喻方圆【期刊名称】《林业科学》【年(卷),期】2022(58)7【摘要】作为一种新型植物激素,油菜素内酯(Brassinolide,BR)以其高效、环保、广谱等优点,在农林业生产上有着广泛应用。
BR可以促进植物细胞的伸长与分裂、增强叶片的光合作用能力、调控植物根发育,从而改善植物生长发育状况,提高植物产量。
BR对植物的生殖生长具有显著影响,BR处理可以调控植物开花时间、延长花期、提高开花数量等,但也有研究指出BR对开花有抑制作用;BR处理有助于植物结实,提高种实品质。
植物受到外界胁迫后,体内抗氧化系统遭到破坏,生长发育受阻。
喷施BR可以提高相关抗氧化酶活性,降低丙二醛含量,增强植物的抗逆性。
随着研究方法和手段的不断创新,BR信号传导机制、一系列与BR相关基因的功能及其作用机制不断被揭示。
BR信号转导受激酶、受体蛋白、转录因子等多种元件调控。
细胞膜表面BRI1/BAK1能够识别BR分子,在BSK1、BSU1、BIN2、CDG1等蛋白激酶作用下,BZR1和BES1等转录因子被激活,从而对BR应答基因的表达进行调控。
DAS5、DET2、DWF4、CPD和BAK1等与BR生物合成及信号转导相关的基因相继被鉴定、克隆,利用转基因技术转化进不同植株,可以改善转基因植株的生长表现,增强植株抵御逆境的能力。
本文综述了近年来有关BR对植物营养生长和生殖生长的调控、增强植物抗逆性以及BR调控的分子机制等领域的研究进展,探讨目前关于BR研究中仍存在的问题,并对今后BR的研究方向进行讨论与展望。
【总页数】12页(P144-155)【作者】陈晨;陈虹;倪铭;张子晗;喻方圆【作者单位】南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心【正文语种】中文【中图分类】S718.43【相关文献】1.植物油菜素内酯信号通路与植物免疫相关研究进展2.油菜素内酯调控植物生长发育及产量品质研究进展3.芸苔素内酯调控植物生长发育及抗逆性的研究进展4.山东大学揭示植物激素油菜素内酯调控气孔运动新机制5.油菜素内酯调控植物根系发育机制研究进展因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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植物学通报 2006, 23 (5): 543 ̄555* Author for correspondence. E-mail: hwxue@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 Biosynthesisand FunctionsZhaoqing Chu, Li Li, Li Song, Hongwei Xue *State Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Institute of Plant Physiology and Ecology, ShanghaiInstitutes for Biological Sciences, Chinese of Academy of Sciences, Shanghai 200032, ChinaAbstract 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。