木质素生物合成途径中关键酶基因的分子特征资料.pdfVIP

农业科技 2017年第1期89 木质素生物合成途径中关键酶基因的分子 特征 武志远 （开封大学，河南　开封　 475000） 摘 要：在木本植物中，木质素占25%，是世界上仅次于纤维素的第二位最丰富的有机物。木质素通过形成交织网来 硬化细胞壁，为次生壁主要成分。然而，木质素的存在也给制浆造纸工业、苎麻纺织工业和畜牧业带来不 利影响，如何利用基因工程技术调控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达，有效降低木质素含量改 变其组分，从而改良新型植物资源，将有重大研究意义。本文主要研究了木质素的生物合成途径及其中的 关键酶基因的分子特征。 关键词：木质素 生物合成 关键酶基因 分子特征 文章编号：ISSN2096-0743/2017-01-0089 引言 质素（G-S），单子叶植物则包含愈创木基-紫丁香基-对- 木质素（Lignin）是一种广泛存在于植物体中的无定 形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元 羟基苯基木质素（G-S-H）。” 的芳香性高聚物。在木本植物中，木质素占25%，是世 木质素的生物合成途径主要有两步：首先是木质素 界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。植物 的木质部含有大量木质素，使木质部维持极高的硬度以 活性的木质素。木质素合成由苯丙酸开始，通过甲基化、 承拓整株植物的重量。木质素填充于纤维素构架中，增 羟基化、还原和连接反应，最后形成以上三类具有不同 强植物体细胞壁的机械强度，利于输导组织的水分运输 和抵抗不良外界环境的侵袭。然而，木质素也带来了一 上述三类木质素:S木质素、G木质素和H木质素。最终， 定的不利影响，如在使用木材制造纸浆的过程中，会利 用到许多化学药品，使木材中的纤维素和木质素相分离。 聚合体。一系列酶基因参与了整个木质素的生物合成， 作为造纸行业中的废弃物，木质素必然对环境造成不良 共同调控维管植物中的木质素的含量及组成部分。 影响，使用化学药品也使造纸成本相应增加；木质素在 三、Lignin单体合成中的关键酶基因特征 饲草中含量较高，影响了牲畜对饲草植物的消化和营养 在Lignin单体合成中，有几十种酶基因参与进来并 成分的吸收。在苎麻纺织业中，木质素是脱胶工艺和纺 起到催化作用。下面将其中的三种标志性的关键酶进行 织品质量的制约因子。因此，如何利用基因工程技术调 简单介绍。 控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达，有效降 1.苯丙氨酸裂解酶基因特征 低木质素含量改变其结构成分，从而改良新型植物资源， 将有重大研究意义。 单体合成中的起步阶段发挥着关键调控作用。其是木质 二、木质素的构成及生物合成途径 素的单体合成中的首个限速酶。当该酶的活性降低时， 作为一种酚类聚合物，木质素经四类醇单体构成， 植物体内的木质素会下降至两倍。Lignin单体产生改变， 分别是芥子醇、松柏醇、对香豆醇和5-OH松柏醇。因G单体的含量下降。经过科研人员多年的研究发现，目 单体构造不同，木质素可分为三类：“由紫丁香基丙烷 前已经从许多植物之中分离出了苯丙氨酸裂解酶基因， 如红参、番茄、烟草、杨树和当归。 结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyllignin， S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈 经研究发现，现阶段从番茄植物之中分离出的 SIPAL5基因与其他植物中分离出来的苯丙氨酸裂解酶基 创木基木质素（guaiacyllignin，G-木质素）和由对-羟 基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素 因具有很高的相似性和同源性，如烟草、牵牛和木薯。 该基因在番