植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展 - 图文

西北植物学报，２００８，２８（４）：０８５２一０８５９Ａｃｆ口口ｏｆ．口Ｄ，Ｐ口ｆ．－ｏｃｃｉｄＰ川ｆ．Ｓｉ厅．文章编号：１０００一４０２５（２００８）０４一０８５２—０８植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展李芳，汪晓峰＋（北京林业大学生物科学与技术学院，北京１０００８３）擅耍：棉子糖系列寡糖代谢与植物生长发育、逆境胁迫、种子耐贮性及脱水耐性等关系密切。棉子糖系列寡糖的合成从棉子糖的合成开始．由半乳糖苷肌醇上的半乳糖基的转移依次生成棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等。寡糖代谢是一个复杂的调控体系．其中肌醇一１一磷酸合成酶、肌醇半乳糖苷合成酶、蔗糖合成酶、棉子糖合成酶、水苏糖合成酶和毛蕊花糖合成酶等参与了棉子糖系列寡糖的生物合成过程。本文对植物中棉子糖系列寡糖的代谢及其重要调控酶的特性、功能及分子生物学研究进展进行综述。关量词：肌醇半乳糖苷合成酶；肌醇一１一磷酸合成酶；棉子糖半系列寡糖；棉子糖合成酶；水苏糖合成酶中圈分类号：Ｑ９４６文献标识码：ＡＡｄＶａｎｃｅｉｎＲａｆｆｉｎｏｓｅＦａｍｉｌｙＯｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓＭｅｔａｂｏｌｉｓｍａｎｄｔｈｅＫｅｙＥｎｚｙｍｅｓｉｎＰｌａｎｔｓＬＩＦａｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏ—ｆｅｎｇ’（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏＩｏｇｉｃａｌｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎ０１０９ｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｆｆｉｎｏｓｅｆａｍｉｌｙｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ（ＲＦＯＳ）ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｐｌａｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｔｒｅｓｓ，ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆｄｅｓｉｃｃａｔｉｏｎｔｏｌｅｒａｎｃｅｉｎｓｅｅｄｓ，ｓｅｅｄｓｖｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｒａｆｆｉｎｏｓｅ，ｔｈｅｆｉｒｓｔｍｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅｓｅｒｉｅｓ，ｐｒｏｃｅｅｄｓｂｙｔｒａｎｓｆｅｒａｇａｌａｃｔｏｓｙｌｕｎｉｔｔｏｓｕｃｌｒｏｓｅ．ＴｈｅｎｓｔａｃｈｙｏｓｅａｎｄＶｅｒ—ｂａｓｃｏｓｅ，ｔｈｅｎｅｘｔｈｉｇｈｅｒＲＦＯＳ，ａｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ．Ｉｎｐｌａｎｔ，ｔｈｅｅｎｚｙｍｅｓｏｆＲＦ０，ｓｕｃｈａｓｇａＩａｃｔｉｎｏｌｓｙｎｔｈａｓｅ，ｍｙｏｉｎｏｓｉｔｏｌ一１一ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ｒａｆｆｉｎｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅａｎｄｓｔａｃｈｙｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ａｒｅｌｉｎｋｅｄｗｉｔｈｔｈｅＲＦＯｐａｔｈｗａｙ．ＴｈｉｓｒｅｖｉｅｗｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅＲＦ０ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｉｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｋｅｙｅｎｚｙｍｅｓ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｓｔｕｄｙｏｎｒａｆｆｉｎｏｓｅｆａｍｉｌｙｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｌａｃｔｉｎｏｌｓｙｎｔｈａｓｅ；ｍｙｏｉｎｏｓｉｔｏｌ一１一ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ；ｒａｆｆｉｎｏｓｅｆａｍｉＩｙｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ；ｒａｆｆｉ—ｎｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ；ｓｔａｃｈｙｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ棉子糖系列寡糖（ｒａｆｆｉｎｏｓｅｆａｍｉｌｙｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａ—物种子中棉子糖系列寡糖类含量相对较高，在一些ｒｉｄｅｓ）是由一系列ｄ一１，６一半乳糖连接到蔗糖（ｓｕ—农作物中可达种子干重的１６％［１矗］。近年来的研究ｃｒｏｓｅ，Ｓｕｃ）上的６一葡萄糖基组成（ａ一１，６一Ｇａｌｎ—Ｓｕｃ，１表明棉子糖系列寡糖代谢在植物生长发育、逆境胁≤ｎ≤３），主要包括棉子糖（含１个半乳糖基）、水苏迫反应中发挥重要作用。Ａｙｒｅ等口３发现棉子糖系糖（含２个半乳糖基）和毛蕊花糖（含３个半乳糖列寡糖与植物韧皮部的碳运输有关，Ｓｐｒｅｎｇｅｒ和基），它们广泛分布在植物的不同组织部位。高等植Ｋｅｌｌｅｒ¨］以及Ｐｅｎｎｙｃｏｏｋｅ等［５３在研究耐寒性植物收稿日期：２００７—０９—２７；修改稿收到日期：２００８一０３—３１基金项目：国家自然科学基金项目（３０５７０１７８）作者简介：李芳（１９８ｌ一），女（汉族）．在读硕士，主要从事种子生物学研究。Ｅ．ｍａｉｌ＝ｂａｍｂ００５３２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ＊通讯作者：汪晓峰，博士．副教授。主要从事种质资源保存、植物生物化学研究。Ｅ．ｍａｉｌ：ｗｘｆ８０ｌ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ万　方数据４期李芳，等：植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展８５３时认为棉子糖系列寡糖有储存能量和低温保护剂的生成。肌醇一卜磷酸合成酶（Ｍ１ＰＳ）在有ＮＡＤ＋的条功效，Ｈｏｒｂｏｗｉｃｚ等‘¨的研究表明棉子糖系列寡糖件下催化葡萄糖一６一磷酸（Ｇ一６一Ｐ）形成肌醇一１一磷酸。在成熟种子中的累积，与种子的种子活力７、耐贮性和半乳糖苷肌醇作为半乳糖的供体，由肌醇半乳糖苷脱水耐性关系密切。本文对植物中棉子糖系列寡糖合成酶（ＧＳ）催化ＵＤＰ一半乳糖（ＵＤＰ—ｇａｌ）和ｍｙｏ一的代谢及其重要调控酶的特性、功能及分子生物学肌醇反应生成。研究进展进行综述。棉子糖系列寡糖的生物合成从棉子糖的合成开１植物中的棉子糖系列寡糖代谢始，首先由蔗糖合成酶（Ｓｓ）催化果糖和ＵＤＰ＿葡萄糖生成蔗糖，然后由棉子糖合成酶催化半乳糖基从半乳可溶性糖在高等植物体的分布中，棉子糖系列糖苷肌醇转移到蔗糖上生成棉子糖，再由水苏糖合成寡糖的含量仅次于蔗糖，其合成过程是由几种ａ一半酶催化半乳糖基转移到棉子糖上生成水苏糖，进而由乳糖苷转移酶的顺序反应进行，起始涉及到肌醇的毛蕊花糖合成酶催化生成毛蕊花糖［６］（图１）。肌醇．１．磷酸磷酸酶肌醇．１．磷酸Ｍｙｏ。ｉｎｏｓｉｔｏｌ－ｌ‘ｐｈｏｓｐｈａｔｅｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ肌醇ＭｙＯ—ｉｎｏｓｉｔＯｌｌ—Ｐ————————————————————————————◆Ｍｙｏ－ｉｎｏｓｉｔＯｌ毛蕊花糖Ｖｅｒｂａｓｃｏｓｅ，幽１植物中的褓于糖糸列募糖代谢Ｆｉｇ．１ＲａｆｆＩｎｏｓｅｆａｍｉｌｙｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａ“ｄ拿ｓｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｉｎｐｌａｎｔｓ目前，棉子糖系列寡糖对种子脱水耐性获得、种中的贮藏蛋白质结构也遭到破坏，最终成熟种子活子活力、贮藏及植物冷驯化方面的作用，其证据主要力的下降成为不可逆的过程。来自于棉子糖系列寡糖在植物组织中的消长模在种子贮藏过程中，可溶性糖的变化总的来说式Ⅲ。种子活力丧失与棉子糖系列寡糖的变化有是随着贮藏时间的延长而下降的，但由于环境胁迫关，如玉米种子中有生活力种子的棉子糖含量要高或种子自身的影响，可溶性糖的变化又趋于复杂于无生活力种子‘盯，大豆种子成熟后期的水分损失化口１１。Ｂｅｒｎａｌ—Ｌｕｇｏ等¨幻发现玉米（ＺＰ口ｍ口ｊ，ｓ）种伴随着棉子糖系列寡糖含量和肌醇半乳糖苷合成酶子老化处理３０ｄ后，种胚中寡糖含量大幅度减少，活性的增加‘＂。Ｂｒｕｎｉ等ｍ１认为二糖与膜结构、贮其中棉子糖含量在老化过程中稳步下降（这可能是藏蛋白保护及种子玻璃化有关，种子活力丧失，可溶棉子糖在ａ一半乳糖苷酶作用下发生水解），蔗糖含性糖含量相应减少，继而影响细胞质的玻璃化，种子７量保持平稳并在３５ｄ后开始下降，在此过程中棉子万　方数据８５４西北植物学报２８卷糖能够阻止蔗糖结晶化，而蔗糖与细胞膜稳定性有关，故种子在贮藏过程中的活力丧失可能和棉子糖含量下降有关，贮藏过程中可溶性糖含量对种子的活力保持和细胞膜结构的稳定有很大作用。研究表明种子脱水耐性的获得与种子组织内可溶性糖，尤其是非还原性糖的积累有密切关系，脱水耐性强的正常种子在脱水耐性形成过程中，种子中的可溶性糖特别是寡糖大量积累。Ｋａｒｅｎ等［１３］发现种子脱水耐性获得过程中蔗糖与寡糖一直存在，在后期寡糖的消失伴随着脱水耐力的消失，他们认为蔗糖在脱水耐性中发挥主要作用，而寡糖阻止了蔗糖在脱水过程中发生结晶化。杨晓泉等［１４］在研究花生（Ａｒ口如ｉｓＩＩｌｙ乡ｏｇｎＰ口）种子耐脱水能力时发现，伴随着可溶性糖如蔗糖和寡糖含量的增加，花生胚获得了脱水耐力，同时，他们发现寡糖存在与否并不影响二糖的结晶，寡糖的存在只是可使种子或胚轴在较高温度范围内进入玻璃化状态，这有利于避免脱水对细胞的伤害。虽然可溶性糖在植物种子耐脱水获得的研究中不是唯一的原因，但寡糖在胞质玻璃化过程中发挥重要作用［１５。。棉子糖系列寡糖在植物冷驯化中也起到重要作用。很多研究已经证实低温时光合作用会有所减弱［１６］，淀粉对于低温也较为敏感［１¨，冬天植物叶片和种子中淀粉含量下降，而蔗糖和棉子糖系列寡糖含量升高，棉子糖系列寡糖的积累，特别是位于叶绿体外的寡糖积累，对于植物度过寒冷的冬天有重要帮助，它们的积累具有储存碳源及为植物提供某种低温保护剂的功能。Ｉｍａｎｉｓｈｉ等口８１也证明忍冬（ＬｏｎｉｃＰｒ口ｃ口Ｐｒ“Ｚ已口）根尖中棉子糖与水苏糖的累积与抗冷性增加有关。寡糖代谢是一个复杂的网络系统，寡糖在植物中的变化并非受单一物质影响，而是几种主要代谢途径综合调控的结果。肌醇一１一磷酸合成酶、半乳糖苷转移酶、肌醇半乳糖苷合成酶、蔗糖合成酶、棉子糖合成酶、水苏糖合成酶和毛蕊花糖合成酶等参与了棉子糖系列寡糖的生物合成过程。其中，肌醇一１一磷酸合成酶（ｍｙｏｉｎｏｓｉｔｏｌ一１一ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＭＩＰＳ，ＥＣ５．５．１．４）、肌醇半乳糖苷合成酶（ｇａｌａｃｔｉ—ｎｏｌｓｙｎｔｈａｓｅ，ＧＳ，ＥＣ２．４．１．１２３）、棉子糖合成酶（ｒａｆｆｉｎｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＲＳ，ＥＣ２．４．１．８２）和水苏糖合成酶（ｓｔａｃｈｙｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＳＴＳ，ＥＣ２．４．１．６７）是棉子糖系列寡糖代谢的主要调控酶，它们都是细胞核基因编码的产物，存在于高等植物的胞质和质体中，通过对这几种酶的研究可以更清楚地阐述棉子糖系万　方数据列寡糖代谢的途径及其可能的生物学功能。２植物中棉子糖系列寡糖代谢调控关键酶２．１肌醇一１一磷酸合成酶肌醇一１一磷酸合成酶（ｍｙｏｉｎｏｓｉｔｏｌ一１一ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＭＩＰＳ，ＥＣ５．５．１．４）结合辅因子ＮＡＤ＋催化ｎ葡萄糖一６磷酸生成肌醇一１一磷酸，进而由依赖Ｍ９２＋的肌醇一１一磷酸磷酸酶脱磷酸为游离肌醇，这是所有真核生物中生成肌醇的限速步骤。肌醇又名环已六醇，它作为一种重要的渗透保护物质不仅是植物细胞中磷元素的主要贮存形式，而且在信号传导、保护植物免受外部逆境伤害、激素应答、细胞壁生物合成、生长调节等方面都具有十分重要的作用‘１９。。ＭＩＰＳ广泛存在于原核和真核生物中，目前，已在７０多种不同生物中检测出ＭＩＰＳ活性［２０。。实验表明，在大豆（ＧＺｙｃｉ聍Ｐ，，ｚ口ｚ）ＭＩＰＳ基因缺失突变种和转基因的马铃薯（Ｓｏ缸咒“ｍ￡“６ｅｒ０５“ｍ）块茎中，肌醇含量的下降引起了半乳糖苷肌醇和棉子糖含量的迅速下降［２１’２２］，这说明作为合成半乳糖苷肌醇的重要底物，肌醇是影响寡糖积累的重要因素。Ｋａｒｎｅｒ等∞３］发现肌醇的浓度调控着半乳糖苷肌醇的合成，并在蔗糖充足条件下，种子中肌醇含量的升高可促进寡糖积累。Ｋａｒｎｅｒ认为肌醇在豌豆中对寡糖的积累作用比在大麦中更为重要，因为大麦中由蔗糖合成棉子糖是寡糖代谢的最后一步，而豌豆中还要进一步合成水苏糖和毛蕊花糖，此过程需半乳糖苷肌醇而非蔗糖。Ａｒｎａｕｄ等［２４］研究维柯萨（Ｘｅｒｏ一叶片分别进行盐胁迫（约３００ｍｍｏｌ／ＬＮａＣｌ）和脱水（５％相对含水量）处理后，ＭＩＰＳ的表达量均会增加。同时，半乳糖苷肌醇、蔗糖、棉子糖、水苏糖等的含量也会高于对照，而在脱水过程中，可溶性糖积累的时期与形式不尽相同，这可能是因不同胁迫条件下，可溶性糖类的功能不同而造成。此外，在前人的研究基础上，Ｌａｃｋｅｙ等口印发现菜豆（Ｐ＾口５Ｐｏｚ乱ｓ可“Ｚ—网、细胞核以及细胞壁都有表达，Ｌａｃｋｅｙ等认为细胞内存在一系列复杂的功能机制，并在植物生长发育过程中，从时间和空间上调控肌醇磷酸的合成。ＭＩＰＳ在多种生物中得到纯化或部分纯化，结果表明从拟南芥（Ａｒ口６ｉｄｏｐｓｉｓ坊口ｚ勉，ｌ口）、菜豆（Ｐ＾口５已ｏＺＭｓ口让Ｚｇ口ｒｉｓ）、酿酒酵母（Ｓ口ｆｃ＾口ｒｏ仇ｙｃＰｓ户＾ｙ缸可ｉｓｃｏｓ已，一种南非抗旱植物）时发现，对植物ｇ口一ｓ）细胞中，ＭＩＰＳ在质膜、质体、线粒体、内质４期李芳，等：植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展８５５ｆＰｒＰ讲ｓ如已）、阿米巴菌（Ｅ，２￡口优ＤＰ施＾ｉ５￡ｏｚ∥ｉｃ口）等不同种生物体中分离的ＭＩＰＳ蛋白质一级结构的氨基酸序列在进化上表现出高度保守性［２６。。ＭＩＰＳ是由单一亚基组成的多聚体，其亚基分子量在５８ｋＤ到６７ｋＤ之间，植物中全酶分子量范围为１７０ｋＤ到２００ｋＤ，活性可被ＮＨ。Ｃｌ增强，而被６一磷酸山梨醇（ｇｌｕｃｉｔｏｌ６一ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）和脱氧葡萄糖一６一磷酸（２一ｄｅ—ｏｘｙｇｌｕｃｏｓｅ６一ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）抑制。Ｃｈｈｅｔｒｉ等‘２７］从里白（ＤｉｐＺｏ夕抛删ｇｉ“ｍｇ肠“ｃ“优）中部分纯化了Ｍ１ＰＳ，全酶分子量约为１７１ｋＤ，ｎ葡萄糖一６一磷酸和ＮＡＤ＋分别为其底物和辅因子，且Ｋ。值分别为Ｏ．８３ｍｍｏｌ／Ｌ和Ｏ．４４ｍｍｏｌ／Ｌ。里白中该酶最适ｐＨ在７．Ｏ到７．５之间，最适温度在２０～４０℃之间，３０℃时酶活最高，且活性可被ＮＨ。＋增强，而被Ｎａ＋、Ｂａ２＋和Ｃｄ２＋轻微抑制，Ｌｉ＋、Ｚｎ２＋和Ｈ９２＋能强烈抑制其活性。编码ＭｌＰＳ的结构基因ＪＮ０１已在很多生物中得到克隆，并在物种进化上表现出高度保守性［２８１。Ｊｏｈｎｓｏｎ和Ｈｅｎｒ［２９］利用遗传互补的分析方法首次从酿酒酵母中分离得到第一个编码ＭＩＰＳ的基因工Ｎ０１，Ｓｍａｒｔ等［３叩也从漂浮植物紫萍（ＳｐｉｒｏｄＰ如户。匆ｒ砌ｉｚ口）中分离得到了类似的基因序列。迄今为止，人们已从拟南芥［３¨、葡萄柚（ａ￡ｒ“ｓ加ｒ口一ｄｉｓ越）［３２］、烟草（Ｎ甜Ｄ￡如咒口￡口施ｃ鲫哩）［３引、冰叶日中花（ＭＰｓＰ仇６ｒｙ口行班Ｐ７，ｌ“ｍｆｒｙｓ￡口ｚｚｉ咒猢ｑ）［３４１等不同种类的原核和真核生物中相继克隆出ＭＩＰＳ编码序列。酿酒酵母中ＩＮ０１的调控研究最为详细，ＩＮ０１的表达在生长阶段对磷脂前体（ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐｉｄｐｒｅ—ｃｕｒｓｏｒｓ）较为敏感［３引，其转录需Ｊ咒０２ｐ和ｈＤ４ｐ转录激活因子结合１个上游重复激活序列（ＵｐｓｔｒｅａｍＡｃｔｉｖａｔｉｎｇＳｅｑｕｅｎｃｅｏｆＩＮ０，ＵＡＳＩＮＯ）进行０３６１。宋颖琦等［３７３在拟南芥ＭＩＰＳ基因克隆表达中发现，Ａ￡ＭＪＰＳｌ推导的氨基酸序列中含有其他植物也同样具有的ＭＩＰＳ基因保守区域“３３４ＳＹＮＨｍＮⅫ）Ｇ”，进一步说明植物ＭＪＰＳ基因在物种进化上具有很强的保守性。一些植物中，ＭＩＰＳ序列由不同的基因家族组成，如玉米中发现７个ＭＪＰＳ基因序列并分别被标记在１Ｓ、４Ｌ、５Ｓ、６Ｓ、８Ｌ和９Ｓ染色体上［３引，拟南芥中也发现２个不同的ＭＩＰＳ编码序列［３１’３９’４０］。这种编码ＭＩＰＳ序列的多样性可使其不同的表达执行不同的生理功能，然而目前对于ＭＩＰＳ基因家族的表达还没有详细的了解。万　方数据２．２肌醇半乳糖苷合成酶肌醇半乳糖苷合成酶（ｇａｌａｃｔｉｎｏｌｓｙｎｔｈａｓｅ，ＧＳ，ＥＣ２．４．１．１２３）催化半乳糖苷肌醇合成，半乳糖苷肌醇是目前所知唯一的半乳糖基供体，因此ＧＳ的表达是棉子糖合成的先决条件，被认为是棉子糖系列寡糖合成的关键酶∞ｍ］，其催化反应是寡糖积累的限速步骤。ＧＳ最初在成熟的豌豆（ＰｉｓＭｍｓ口￡纫“优Ｌ．）中发现［４２。，之后在很多植物和组织中都发现了ＧＳ活性。大豆（Ｇ￡ｙｃｉ竹ｅｍｄｚ）种子中，ＧＳ酶活性的迅速提高先于棉子糖系列寡糖的积累，表明ＧＳ酶活性升高有利于大豆种子中棉子糖系列寡糖的积累；对２０种植物叶片粗提物的分析表明，ＧＳ酶活与棉子糖系列寡糖含量水平成正相关，而与蔗糖含量水平成负相关［４３＿引，因此ＧＳ被认为是代谢中调控碳源在蔗糖与棉子糖系列寡糖之间分配的关键酶，为棉子糖半乳糖基系列寡糖的合成提供了碳渠道。植物受低温或者干旱胁迫时，ＧＳ基因在种子及营养组织中的表达与棉子糖系列寡糖类的积累有关［４６１引，但并非所有植物均如此。例如，２种不同寡糖含量水平的豌豆种子发育中，Ｇ５基因表达和酶活并无明显不同［５…。在番茄种子发育过程中，ＧＳ的ｍＲ—ＮＡ水平与棉子糖水平却未表现出正相关［４７］。然而并非只有半乳糖苷肌醇的含量影响寡糖积累，Ｋａｒｎｅｒ等［２３］发现，半乳糖苷肌醇的合成受肌醇浓度的调控，寡糖合成途径中的起始物肌醇和蔗糖，也与寡糖变化密切相关。ＧＳ为分子量在３６～３８ｋＤ之间的单体蛋白［５¨，最适ｐＨ在７．Ｏ～８．０之间，可进一步被ＤＤＴ（二硫苏糖醇）和ＭｎＣｌ２增强［５２】，同时Ｈａｎｄｌｅｙ等［５３］还证明大于１ｍｍｏｌ／Ｌ的ＭｎＣｌ。会抑制其活性。ＧＳ对其底物ＵＤＰ一半乳糖和肌醇的Ｋ。值分别为０．１６～１．８ｍｍｏｌ／Ｌ和４．Ｏ～６．５ｍｍｏｌ／Ｌ之间［４１’５３］，且具很强专一性，对ＴＤＰ—Ｇａｌ、ＧＤＰ—Ｇａｌ等糖类或肌醇的差相异构体均无作用［４¨。目前，ＧＳ的基因已从番茄（Ｌｙ∞ｐＰｒｓｉ∞咒Ｐ５ｆ“Ｚｅ行￡“ｍＭｉｌｌ．ｃｖＭｏｎｅｙｍａｋｅｒ）［４７］、玉米（Ｚ．ｍ口ｙｓ）［“］、苜蓿（＾心ｄｉ—ｃ口ｇｏｓ口￡ｉ抛）［４引、拟南芥［５朝等作物中克隆到。Ｆｅｌｉｘ［５６］通过研究日本洋蓟（Ｓ￡口如ｙｓｓｉＰ６０纠ｉｉ）的块茎组织细胞的原生质体和液泡，发现ＧＳ定位在液泡外，即为液泡外酶（ｅｘｔｒａｖａｃｕｏｌａｒｅｎｚｙｍｅ）。Ｌｉｕ等［５叼分别从菜豆子叶和南瓜叶片中纯化出ＧＳ的３８ｋＤ和３６ｋＤ的单链肽段，并获得了两者Ｎ端的部分序列。ＧＳ的最适ｐＨ为７．Ｏ，对底物ＵＤＰ—８５６西北植物学报半乳糖和肌醇均呈现出很强的亲和力，Ｋ。值分别为０．４ｍｍｏｌ／Ｌ和４．５ｍｍｏｌ／Ｉ，，其活性可被ＤＤＴ（二硫苏糖醇）和Ｍｎ２＋进一步增强。另外Ｓｍｉｔｈ等…１发现有ＭｇＣｌ。时，其活性只是有ＭｎＣｌｚ存在时的一半；Ｎａ＋、Ｋ＋和Ｃａ２＋几乎不影响酶活，而Ｃ０２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋和Ｆｅ件等阳离子浓度达到１０ｍｍｏｌ／Ｌ时便可强烈抑制ＧＳ活性。Ｌｉｕ等田１发现当低温胁迫时，一个ＧＳ转录物在菜豆种子营养组织中高效表达；温度骤降至４℃及在水分胁迫条件下，水稻（Ｏ删ｚｎｓｎ￡ｉ抛）幼苗中一条编码ＧＳ的ｍＲＮＡ（ｗＳ，７６）大量积累，而不受ＡＢＡ诱导［５８］。Ｓｐｒｅｎｇｅｒ等［５９］报道了２个编码ＧＳ的不同基因ＧＳｌ和ＧＳ２，其中Ｇ§１涉及到储存功能寡糖的合成，而ＧＳ一２参与运输功能寡糖的合成；在低温胁迫时，匍匐筋骨草营养组织中寡糖含量升高，ＧＳｌ和ＧＳ２分别在植物叶肉细胞和韧皮部细胞中发生转录，植物抗冷性增加。拟南芥中发现了７个编码ＧＳ的基因，其中有３个基因编码产物存在于成熟后的种子中。Ａ￡ＧＤｚＳｌ和Ａ￡ＧｏＺＳ２受干旱和高盐胁迫诱导，但在低温胁迫时不表达；相反，Ａ￡ＧＤＺＳ３只在低温胁迫条件下发生表达［５５１。Ａ￡一ＧｏＺＳｌ、Ａ￡ＧＤＺＳ２和ＡｆＧｏｚＳ３的重组质粒在大肠杆菌中正常表达且产物均具有ＧＳ活性［６引。拟南芥转基因植株中，Ａ￡ＧｏｚＳ２高效表达引起肌醇半乳糖苷和棉子糖系列寡糖水平增高，表现为叶片耐脱水性增加［５引。以上研究表明肌醇半乳糖苷和棉子糖也许在植物抗旱性中充当渗透保护剂的角色，而ＧＳ在肌醇半乳糖苷和棉子糖系列寡糖积累方面发挥重要作用。２．３棉子糖合成酶棉子糖合成酶（ｒａｆｆｉｎｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＲＳ，ＥＣ２．４．１．８２）在棉子糖系列寡糖生物合成中催化蔗糖向棉子糖转化，也介导四糖水苏糖合成，水苏糖由半乳糖基转移到棉子糖上生成。棉子糖及其同系物水苏糖是植物种子、根系和块茎中主要的可溶性糖类，在唇形科（Ｌａｍｉａｃｅａｅ）、葫芦科（Ｃｕｃｕｒｂｉｔａｃｅａｅ）和木犀科（０ｌｅａｃｅａｅ）等植物的韧皮部中参与糖类运输。棉子糖被认为与种子脱水耐力的形成有关，它能够促进胞质玻璃化进程［１４。，或者阻止蔗糖在脱水过程中的结晶化，从而保证蔗糖的细胞膜保护功能［１２１。ＲＳ以半乳糖苷肌醇和蔗糖为底物合成棉子糖，在寡糖代谢中，它参与调控蔗糖向棉子糖的转化，同时介导水苏糖和毛蕊花糖合成，是寡糖代谢中的关键酶，可促进寡糖的积累。万　方数据相对于ＧＳ和水苏糖合成酶（ｓｔａｃｈｙｏｓｅｓｙｎ—ｔｈａｓｅ）而言，目前关于ＲＳ的报道相对较少，这也许和它在代谢途径中的不稳定性有关。Ｐｅｔｅｒｂａｕｅｒ等［６ｕ从豌豆中克隆出编码ＲＳ的ｃＤＮＡ序列，并在昆虫（Ｓ户（＇ｄＤ户￡Ｐｍ∥越ｇｉ户Ｐ，．ｄ口）细胞中表达。豌豆中的ＲＳ最适ｐＨ为７．Ｏ，被其底物肌醇抑制，ＲＳ也可催化半乳糖基转移到ｎ芒柄醇（Ｄｏｎｏｎｉｔ０１）和ｎ松醇（ｎｐｉｎｉｔ０１），反应机制类似于半乳糖基到肌醇的转移，目前认为该反应不会在水苏糖合成酶催化反应中发生。在黄瓜中纯化得到的ＲＳ，其最适ｐＨ在６～８之间，最适温度范围为３５～４０℃，且在ｐＨ为７、温度为３８℃时酶活性最高；碘乙酰胺、Ｎ一乙基马来酰亚胺、肌醇以及ＭｎＣｌ。、ＺｎＣｌ。和ＮｉＣｌ：抑制其活性。通过凝胶过滤色谱测定的分子量约７５～９５ｋＤ，用聚丙烯酰胺凝胶电泳（非变性ＰＡＧＥ）测定的分子量大约为９０～１００ｋＤ，还原条件下ＳＤ孓聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＳＤＳ＿ＰＡＧＥ）所测定的分子量在９０～１００ｋＤ之间［６２｜。Ｉ。ｉ等［６３］从水稻中克隆出编码ＲＳ基因并在大肠杆菌中表达，他们发现该酶最适温度为４５℃，最适ｐＨ为７．ｏ，巯基可增强其活性。２００２年Ｐｅｔｅｒｂａｕｅｒ［６１１等从成熟的豌豆（Ｐｉｓ甜ｍｓ口ｚｉ可“ｍ）种子中分离得到了ＲＳ的ｃＤＮＡ编码序列。Ｏｓｕｍｉ等［６２］在黄瓜叶片中分离出编码ＲＳ的ＤＮＡ片段，并和黄瓜的ｃＤＮＡ文库杂交获得了全长２３５２ｂｐ的ｃＤＮＡ，并证实该序列所编码的氨基酸序列有３个区域与ＲＳ的氨基酸序列一致，表明此ｃＤＮＡ为编码ＲＳ的序列。２．４水苏糖合成酶水苏糖合成酶（ｓｔａｃｈｙｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＳＴＳ，ＥＣ２．４．１．６７）作为３６种糖苷水解酶家族的成员，催化半乳糖基转移到棉子糖进而合成棉子糖寡糖类中的四糖水苏糖，同时也介导五糖毛蕊花糖的生成（半乳糖基从半乳糖苷肌醇转移至水苏糖生成毛蕊花糖或者通过水苏糖上的末端半乳糖残基的自我转移）。水苏糖是很多农作物种子中主要的可溶性糖类，研究发现它和棉子糖都与植物抗冷性有关。ＳＴＳ调控水苏糖合成，并可介导毛蕊花糖生成，在寡糖代谢中，参与调控寡糖含量的变化。Ｐｅｔｅｒｂａｕｅｒ等［“１在研究小豆（Ⅵｇ咒口口咒ｇ越一缸ｒ妇）时发现，在种子发育过程中，ＳＴＳ的ｍＲＮＡ会在瞬间高水平累积，并且在种子成熟后及发芽过程中也发现了ＳＴＳ的酶活性。Ｈｏｌｔｈａｕｓ等［６５］从甜瓜（Ｃ“ｆ“优ｉｓｍＰｚｏ）成熟叶片中纯化出ＳＴＳ，发现该

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