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第 第 第 分子植物育種， 2007 年， 5 卷， 6(S)期， 45-51 頁 Molecular Plant Breeding, 2007, Vol.5, No.6(S), 45-51

專題評述 Invited Review

木質(zhì)素生物合成關(guān)鍵酶基因的研究進(jìn)展
李潞濱 1* 劉蕾 2 何聰芬 2 董銀卯 2 彭鎮(zhèn)華 1<

br />1 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所, 國家林業(yè)局林木培育實驗室, 北京, 100091; 2 北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 植物資源研究開發(fā)北京 市重點實驗室, 北京, 100037 * 通訊作者, lilubin@126.com

摘

要

占木材干重 15%~35%， 木質(zhì)素是木材中僅次于纖維素的主要成分， 影響造紙業(yè)的造紙工藝和紙張

質(zhì)量。利用基因工程技術(shù)調(diào)控木質(zhì)素生物合成途徑中的關(guān)鍵酶基因的表達(dá)可以降低木質(zhì)素含量或者改變木 木質(zhì)素合成關(guān)鍵 質(zhì)素成分， 開發(fā)新型植物資源， 從源頭降低成本， 減少污染。本文介紹了木質(zhì)素合成的過程， 酶： 苯丙氨酸氨解酶(PAL)， 咖啡酸 /5- 羥基阿魏酸 -O- 甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)， 咖啡酰輔酶 -A-O- 甲基轉(zhuǎn)移酶 (CCoAOMT)， 阿魏酸 -5- 羥基化酶(F5H)， 肉桂酰 CoA 還原酶(CCR)和(肉桂醇脫氫酶) CAD 并統(tǒng)計了在 GenBank 中注冊的木質(zhì)素合成酶關(guān)鍵基因， 論文最后就利用基因工程在改良木質(zhì)素含量中的應(yīng)用概況和前 景做了討論。 關(guān)鍵詞 木質(zhì)素, 生物合成, 關(guān)鍵酶基因

Research Prog resses on the Genes Encoding the Key Enzymes in Biosynthetic Pathway of Lignin
Li Lubin 1* Liu Lei 2 He Congfen 2 Dong Yinmao 2 Peng Zhenhua 1
1 Key Lab of Tree Breeding and Cultivation, State Forestry Administration, Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing, 100091; 2 Beijing Key Lab of Plant Resources Research and Development, College of Chemistry and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing, 100037 * Corresponding author, lilubin@126.com

Abstract Lignin, which plays an important role in pulping industry, represents 15%~36% of dry weight of wood and is a major component inferior to cellulose. It might be the way to develop the novel woody resources by reducing the content of lignin or changing the components of lignin based on the genetic engineering approaches that could regulate the expression of the key enzymes in the biosynthesis of lignin, which could decrease the costs and the pollutions from the beginnings of the paper-making industry. The biosynthetic pathways of lignin and the involved enzymes such as PAL, COMT, CCoAOMT, F5H, CCR and CAD were reviewed and the important data about the key enzymes releasing in the GenBank were summarized in this paper. The authors also explored the possibilities of developing the plant with low lignin content by using the genetic engineering approaches, such as RNAi. Keywords Lignin, Biosynthesis, Key genes, Key enzymes 木質(zhì)素(lignin) 是一種由肉桂醇等單體聚合而成 木 的酚類多聚體是維管植物細(xì)胞壁的重要組成成分。 是地球上僅次于纖維素的有機(jī)組分 (Zhong et al., 提高細(xì)胞 2000)。木質(zhì)素具有加固細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度、 運輸能力以及抵御病菌微生物侵害的生物學(xué)功能 (Guo et al., 2001; Raes et al., 2003; Rogers et al., 2005)。 對用作燃料的木材來說， 高木質(zhì)素含量的木材能釋放 踐活動產(chǎn)生一些負(fù)面影響， 如木質(zhì)素含量的牧草會影 木質(zhì)素是 響草食動物的消化； 而對造紙用木材來說， 影響造紙工藝和紙張質(zhì)量的主要因素之一。

木質(zhì)素對人類生產(chǎn)實 一般約占干重 15%~35%， 較多的熱量； 但從另一角度看， 材植物中木質(zhì)素含量較高，

基金項目： 本研究由國家林業(yè)局引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)(948)項目(2004-4-26)及(2005-4-37)資助

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分子植物育種 Molecular Plant Breeding

1 木質(zhì)素研究的意義
在以紙漿為主的木材利用過程中，必須使用大 量的化學(xué)藥品， 將木材中木質(zhì)素與纖維素分離。木質(zhì) 素等成為造紙工業(yè)的主要廢物，對環(huán)境造成嚴(yán)重危 飼 害， 而且化學(xué)藥品的投入增加了造紙成本。另外， 草植物中木質(zhì)素的含量還影響牲畜的消化及營養(yǎng)吸 收。因此， 降低木質(zhì)素含量或改變其組分將有利于更 好地利用植物資源， 有效地保護(hù)自然環(huán)境(魏建華和 目前還未在任何一種植物中發(fā) 宋艷茹, 2001)。此外， 現(xiàn)可降解木質(zhì)素的酶 (Sederoff et al., 1999)。 目前，主要有兩種途徑對木質(zhì)素的降解進(jìn)行研 究： 首先， 利用酶或者真菌來分解木材纖維材料中的 從而可達(dá)到去除 木質(zhì)素， 可使部分木質(zhì)素發(fā)生降解， 木質(zhì)素的目的。其次， 在生物化學(xué)和分子水平上深入 了解木質(zhì)素的合成過程，克隆其合成過程中的關(guān)鍵 酶基因，通過基因重組技術(shù)對其進(jìn)行基因操作來改 良木質(zhì)纖維原料。

S/G 穩(wěn)定， 含量高， 則木質(zhì)素結(jié)構(gòu)比較致密。因此， 比 值的降低不利于造紙工業(yè)中脫木質(zhì)素。因此在造紙 木 工業(yè)中理想的轉(zhuǎn)基因工程植株木質(zhì)素含量降低， 質(zhì)素的 S/G 比值上升。必須將木質(zhì)素含量降低與組 分改變同時考慮。

3 木質(zhì)素的合成途徑
木質(zhì)素的生物合成是在一系列酶催化下使苯丙 氨酸或酪氨酸逐步轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素單體，最終聚合成 苯丙烷途徑、 木 木質(zhì)素的過程。此途徑包括三部分： 質(zhì)素合成特異途徑和木質(zhì)素單體糖基化運輸及聚合 組成及總木質(zhì)素含量 為木質(zhì)素。木質(zhì)素單體的含量， 隨植物種類不同而不同(薛永常等, 2004)。 木質(zhì)素的合成以苯丙酸起始，經(jīng)過一系列羥基 化、 甲基化、 連接、 還原反應(yīng)最終生成上述三種甲基 化程度不同的木質(zhì)素單體。這些單體經(jīng)氧化聚合生 對羥基苯基木質(zhì)素(H)、 成相應(yīng)的三種木質(zhì)素： 紫丁 香基木質(zhì)素(S)和愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(G)。 最后， 這些木 質(zhì)素在植物體內(nèi)通過多種鍵型連接在一起，形成結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素聚合體(圖 1)。

2 木質(zhì)素的組成
木質(zhì)素是復(fù)雜的苯丙烷單體聚合物， 種主要單 3 松柏醇(coniferyl alco 體為香豆醇(coumaryl alcohol)、 hol)和芥子醇(sinapyl alcohol)。其中松柏醇具有 1 個 C-5 甲氧基基團(tuán)， 位置可與其他單體形成較穩(wěn)定的 C-C 連接， 在木質(zhì)素分離過程中較難除去。而芥子醇 無游離的 C-5， 具有 2 個甲氧基基團(tuán)，， 使得木質(zhì)素缺 易除去。 少 C-C 連接而較疏松， 因單體不同， 可將木質(zhì)素分為 3 種類型： 由紫丁 香基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素(syringyl lignin, S- 木質(zhì)素)；由愈創(chuàng)木基丙烷結(jié)構(gòu)單體 聚合而成的愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(guaiacyl lignin, G- 木質(zhì) 素)和由對羥基苯基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的對 - 羥 基苯基木質(zhì)素(hydroxy_phenyl lignin, H- 木質(zhì)素) (章 霄云等, 2006)。 植物體木質(zhì)素含量在 15%~36%之間。裸子植物 雙子葉植物主要含愈創(chuàng) 主要為愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(G)； 單子葉植物則為愈創(chuàng) 木基 - 紫丁香基木質(zhì)素(G-S)； 木基 - 紫丁香基 - 對 - 羥基苯基木質(zhì)素(G-S-H) (魏 植物體存在多種類型的木質(zhì)素 建華和宋艷茹, 2001)。 以及多種木質(zhì)素單體組成，充分表明植物體在進(jìn)化 和發(fā)育上具有不同的適應(yīng)性或功能特性 (Whetten et al., 1998)。 S 型木質(zhì)素單體比 G 型木質(zhì)素單體多一個甲氧 C-C 連接比較 基基團(tuán)， 多聚體中含少量的 C-C 連接。

4 木質(zhì)素合成過程中的關(guān)鍵酶及研究進(jìn)展
近年來，人們利用分子生物學(xué)的手段對參與木 質(zhì)素合成的一些關(guān)鍵酶基因進(jìn)行了研究，對木質(zhì)素 合成過程的關(guān)鍵酶進(jìn)行了克隆，并進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)基 因的實驗對這些關(guān)鍵酶對于改變木質(zhì)素的含量或木 質(zhì)素的組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究。 4.1 起始反應(yīng) 4.1.1 苯丙氨酸氨解酶( PAL) 苯 丙 氨 酸 氨 解 酶 (phenylalanine ammonialyas, PAL)的作用下形成反式肉桂酸。是木質(zhì)素生物合成 途徑中的第一個限速酶，其表達(dá)及其豐度直接影響 木質(zhì)素生物合成的整個過程。當(dāng) PAL 活性下降時， 植物體中的木質(zhì)素含量下降 2 倍 (陳建榮等, 2005a; Sewalt et al., 1997)，木質(zhì)素單體發(fā)生變化， 單體含 G 量降低。PAL 的超量表達(dá)后木質(zhì)素的含量明顯增加 (Bate et al., 1994; Osakabe et al., 1995)。 抑制 PAL 活性往往伴隨著非正常生長或者出 現(xiàn)與次生代謝物質(zhì)有關(guān)的環(huán)境適應(yīng)性和抗逆性下 降。只有 PAL 抑制到一定程度時才影響木質(zhì)素的合 成， 而且抑制 PAL 的轉(zhuǎn)基因植物木質(zhì)素含量下降的 同時還伴隨著植物體非正常生長。 Sewalt 等(1997)和

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圖 1 木質(zhì)素合成的一般途徑(陳永忠等, 2003; Baucher et al., 1998; Li et al., 2000) Figure 1 Biosynthetic pathway of lignin (Chen et al., 2003; Baucher et al., 1998; Li et al., 2000)

Bate 等(1994)得到了抑制煙草 PAL 的轉(zhuǎn)基因植株， 擬南芥 F5H cDNA， 并用 C4H 啟動子啟動 F5H 的過 使得木質(zhì)素主要由 S- 木質(zhì)素組成。同時也不 木質(zhì)素含量下降但伴隨非正常生長，無法應(yīng)用于實 表達(dá)， 僅有人在煙草和楊樹上分別過表達(dá)擬南芥 F5H 基 際中。 轉(zhuǎn) 因， 也有在擬南芥中過表達(dá)楊樹 F5H 基因的例子， 4.1.2 肉桂酸 -4- 羥基化酶(C4H) 基因植株的 S- 木質(zhì)素含量均增加了。由于 S- 木質(zhì) PAL 與肉桂酸 -4- 羥基化 酶(cinnamate-4-hy而芥子醇具有 2 個甲氧基基團(tuán)， 素的單體為芥子醇， 也 droxylas, C4H) 并非特異地參與木質(zhì)素單體合成， 使得木質(zhì)素缺少 C-C 連接而較疏松， 無游離的 C-5， 是非木質(zhì)素酚類物質(zhì)合成的中間環(huán)節(jié)。抑制 PAL 與 易除去。因此， F5H 的超量表達(dá)是改變林木樹種木質(zhì) C4H 的轉(zhuǎn)基因植物的木質(zhì)素含量下降伴隨非正常生 素生物合成的一種有效的手段。 這與其在植物次生代謝途徑中 長(陳建榮等, 2005a)， 在擬南芥(NM_119790)和油菜(DQ679758B)中 的多功能相符。 分別得到了 F5H 基因的 cDNA 全長。 羥基化反應(yīng) 4.2 羥基化反應(yīng)的酶催化的是三種木質(zhì)素單體之間 的轉(zhuǎn)換，控制羥基化反應(yīng)的關(guān)鍵酶可以改變木質(zhì)素 4.2.1 香豆酸 -3- 羥化酶( C3H) 如使 S- 木質(zhì)素含量升高， 這對于實際的應(yīng) 的組成， 香豆酸 -3- 羥化酶 (coumarate-3-hydroxyla, C3 用有重要意義。 H)催化香豆酸生成咖啡酸。人們未能從植物中將其 該酶僅有體外 4.3 甲基化反應(yīng) 分離純化， 因此對該酶本質(zhì)不很清楚。 研究， 體內(nèi)研究證據(jù)不足。 4.2.2 阿魏酸 -5- 羥基化酶( F5H) 阿 魏 酸 -5- 羥 基 化 酶 (ferulate-5 -hydroxylas, 先前認(rèn) F5H)向來被認(rèn)為是 S- 木質(zhì)素合成的控制點， 為是在阿魏酸水平上發(fā)揮作用，后來的研究表明 F5H 也在松柏醛和松柏醇水平上起催化作用 (章霄 木質(zhì)素單體生物合成需經(jīng) 3' 和 5' 位置的兩步甲 基化反應(yīng)�？Х人� /5- 羥基阿魏酸 -O- 甲基轉(zhuǎn)移酶 (caffeicacid-3-O-methyltransferase, COMT)與咖啡酰 輔 酶 -A-O- 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 (caffeoyl-CoA3-O-methyltransferase, CCoAOMT)是兩個不同底物水平上的甲 基化酶。

云等, 2006)。Chapple 等(1992)發(fā)現(xiàn)在 F5H 活性缺失 4.3.1 COMT 僅含有微量的 G 木質(zhì)素。另外， 的擬南芥突變體中， 在大多 COMT 主要參與 S- 木質(zhì)素的生物合成。 將 F5H 在該突變體中過量表達(dá)時，轉(zhuǎn)基因植物中的 數(shù) COMT 抑制的轉(zhuǎn)基因植物中， 木質(zhì)素含量變化不 木質(zhì)素基本上都是由 S 木質(zhì)素組成的。有人克隆了 大， 但也有個別轉(zhuǎn)基因植物在 COMT 活性被抑制到

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分子植物育種 Molecular Plant Breeding

足夠低時， 木質(zhì)素含量減少。 在轉(zhuǎn)基因煙草和楊樹中， COMT 的下調(diào)使木質(zhì) 對 素組分發(fā)生改變， S 型木質(zhì)素影響較大， 型木質(zhì) G 素影響較小， 比值下降(Guo et al., 2001)。Ma 等 S/G (2002) 認(rèn)為用維管組織特異表達(dá)啟動子可以調(diào)節(jié) COMT 的轉(zhuǎn)錄。Atanassova 等(1995)認(rèn)為 COMT 的 活性被抑制達(dá) 80%~90%， 才能對木質(zhì)素的組分產(chǎn)生 影響。Jouanin 等(2000)在 COMT 活性幾乎被全部抑 制(活性殘留不足 3%)的轉(zhuǎn)基因楊樹才發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的 含量降低。 在 GenBank 中 注 冊 的 COMT 基 因 較 多 ， Guillet-Claude 等(2004)人克隆了 33 種不同雜交品種的 玉 米 的 COMT 基 因 ， 獲 得 了 部 分 或 全 長 cDNA (AY323272-AY323305)。 4.3.2 CCOAOMT CCoAOMT 在植物中是與木質(zhì)素合成有關(guān)的較 對 原始的酶類， G 木質(zhì)素合成特異調(diào)控。 近年來， 利用反義 RNA 技術(shù)轉(zhuǎn)化植物得到了木 質(zhì)素含量和化學(xué)組分改變的植物，涉及的植物包括 楊樹， 火炬松等(章霄云等, 擬南芥， 煙草， 百日草， 2006)。Meyermans 等(2000)在抑制 CCoAOMT 表達(dá) 的轉(zhuǎn)基因楊樹中發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的含量降低了 12%。 Zhong 等(1998)獲得了反義 CCoAOMT 表達(dá)的轉(zhuǎn)基 因煙草， 木質(zhì)素的含量下降了 36%~37%。利用反義 當(dāng)毛 CCoA OMT 基因可培育低木質(zhì)素含量的毛白楊， 白楊中 CCoAOMT 活性受到抑制時，能有效地降低 植物中木質(zhì)素含量，對植物的生長和發(fā)育及其內(nèi)部 機(jī)械輸導(dǎo)系統(tǒng)未產(chǎn)生明顯的負(fù)效應(yīng)。 Sewalt 等(1997) 苜蓿的 CCoAOMT 被抑制后， 發(fā)現(xiàn)煙草， 其木質(zhì)素含 量相應(yīng)的降低，當(dāng) CCoAOMT 的活性幾乎被完全抑 苜蓿 G 木質(zhì)素的含量下降了 50%， 制時， 但對 S 型 木質(zhì)素沒有影響。另外，陳建榮等 (2005b; 2006a; 2006b) 對 CCoA OMT 基因反義表達(dá)載體的構(gòu)建及轉(zhuǎn) 化苧麻，并克隆了苧麻 CCoA OMT 基因的全長 cDNA， 但其對苧麻木質(zhì)素含量的影響效果還在進(jìn)一步 的研究中。 此酶表達(dá)受到抑制后，轉(zhuǎn)基因植物木質(zhì)素含量 且 其中后者減少顯 下降， S 和 G 木質(zhì)素含量都減少， 木質(zhì) 著， 從而導(dǎo)致 S/G 比值升高。而 S/G 比值增加， 素結(jié)構(gòu)疏松利于脫去， 因此具理想的應(yīng)用前景。 和章霄云等(2006)對苧麻的 CCOA OMT 基因進(jìn)行了 許多人對 CCOA OMT 進(jìn)行了研究： Guo 等(2001)

CCOA OMT 基因的啟動子序列(AF098159)。 獲得了許多物 目前， 對于甲基化酶的研究較多， 種的木質(zhì)素合成酶中的催化甲基化反應(yīng)的關(guān)鍵酶， 有 轉(zhuǎn)基因研究表明， 在不同的植物中效果不盡相同： 些直接影響木質(zhì)素的含量，而有些影響木質(zhì)素的結(jié) 對于甲基化酶 構(gòu)及組成。然而， 大量研究結(jié)果表明， 的抑制可以有效的降低木質(zhì)素的含量或改變木質(zhì)素 因此具有較高 的組成， 而又不影響植物的生長發(fā)育， 甲基化酶在 的利用價值。另外， 一些研究結(jié)果表明， 一些植物體內(nèi)是以基因家族的形式出現(xiàn)，這對于甲 基化酶的調(diào)控帶來了困難。因為基因家族中不同基 因可能參與植物體內(nèi)不同的生理代謝過程。 4.4 連接反應(yīng) 4.4.1 4- 香豆酸輔酶 A 連接酶(4CL) 肉 桂 酸 在 4 - 香 豆 酸 輔 酶 A 連 接 酶 (cinna實 mate-4-hydroxylae, 4CL)作用下生成相應(yīng) CoA 酯， 轉(zhuǎn)基因植物研究表 際是對將被還原的基團(tuán)進(jìn)行活化， 抑制 4CL 的轉(zhuǎn)基 明， 不同植物的 4CL 功能不盡相同。 表明該酶在木質(zhì)素 因植物的木質(zhì)素含量均明顯下降， 單體合成途徑中為限速步驟，但其具體功能尚需研 究。 目前， 4CL 基 因 在 白 皮 松 (DQ018377)、 玉 米 (AY566301)、 大 麻 槿 (DQ840569) 和 歐 洲 云 杉 (AM265585)。扁葉松(DQ018378)中獲得了 4CL 基因 的部分或全部 cDNA 序列。在金魚草(Y15607)中獲 扁葉松中獲得了外顯子 得了啟動子序列， 在白皮松、 序列。 4.5 還原反應(yīng) 4.5.1 肉桂酰 CoA 還原酶( CCR) 肉 桂 酰 CoA 還 原 酶 (cinnamoyl-CoA reductas, 生成相應(yīng)肉 CCR)可還原 3 種羥基肉桂酸的 CoA 酯， 桂醛。該反應(yīng)被認(rèn)為是潛在的碳向木質(zhì)素分配的控 制關(guān)節(jié)點。目前， CCR 基因在 GenBank 中注冊的有： 擬 南 芥 (AF320624)、 桉 樹 (X79566)， 大 麻 槿 (EF031545)、 歐洲云杉(AM260972)和甘蔗(AJ231134) 的 CCR 部分或全部 cDNA 序列。在膠楊(AJ295838) 和藍(lán)桉樹 (AJ231134)中獲得了外顯子序列。 一些研究表明，抑制該酶表達(dá)，木質(zhì)素含量降 但這些物質(zhì)并 低， 同時一些非正常的酚類物質(zhì)增加， 不參與木質(zhì)素的聚合過程。利用反義核酸技術(shù)能夠 但影響植株的生長發(fā)育(Li et 抑制 70%的 CCR 活性， al., 2001)。

研究， 獲得了不同雜交品種苧麻的 CCOA OMT， 并在 GenBank 中進(jìn)行了注冊。 等(2000)還獲得火炬松中 Li

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4.5.2 肉桂醇脫氫酶( CAD) 肉桂醇脫氫酶 (cinnamoyl alcohol dehydrogenas, 即肉桂 CAD)催化木質(zhì)素前體生物合成的最后一步， 醛還原為肉桂醇。 藍(lán)桉 (AF038561)、柳葉桉 (AF294793)、草莓 (U63534)、 黑麥草(AJ585090)、 紫花苜蓿(Z19573)、 Hi原 帝國楊(Z19568)、 歐洲 biscus cannabinus (DQ675603)、 云 杉 (AJ868574)、 美 洲 山 楊 (AF217957)、 甘 蔗 (AJ231135)和 Schedonorus arundinaceus (AJ585034)等 植物的 CAD 基因部分或全長 cDNA 已被在 GenBank 進(jìn)行了注冊。 CAD 催化木質(zhì)素單體合成最后一步， 在幾種植 物體內(nèi) CAD 活性被抑制以后， 木質(zhì)素總量并沒有明 顯改變。Halpin 等(1994)報道在抑制 CAD 活性的轉(zhuǎn) CAD 活性為正常水平的 10%，然而并 基因煙草中， 沒有改變煙草的發(fā)育及細(xì)胞中木質(zhì)素的總量。抑制 CAD 的活性， 木質(zhì)素中出現(xiàn)了一種新的組分—— —肉 苜蓿木質(zhì) 桂醛， 因為木質(zhì)素分子中 S 殘基含量降低，

徑中同一個酶的不同基因可能因代謝分隔而表達(dá)方 式不同，特異性地參與不同產(chǎn)物或同一產(chǎn)物不同時 其他 期的生物合成�？赡茉谀硞�酶的基因被抑制后， 相關(guān)酶可對其進(jìn)行補(bǔ)償且產(chǎn)生特殊木質(zhì)素單體。

6 對植物木質(zhì)素的研究展望

其 目前， 除對極少的木質(zhì)素建立了結(jié)構(gòu)模型外， 他很多木質(zhì)素空間結(jié)構(gòu)和代謝途徑還不完全清楚。 印度是竹造紙最多的國家，但對木質(zhì)素的研究少有 對竹木質(zhì) 報道。國外對竹木質(zhì)素研究較多的是日本， 素的理化性質(zhì)研究的較深入。目前國內(nèi)對于竹木質(zhì) 素的研究較少。 參與木質(zhì)素合成的酶有許多，抑制不同的酶對 現(xiàn)在主要是提取 RNA， 于木質(zhì)素會獲得不同的結(jié)果。 并 再利用 RT-PCR 獲得 cDNA，隨后構(gòu)建表達(dá)載體， 使用農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，最后進(jìn)行木質(zhì) 素含量的測定。以上為常用的對于木質(zhì)素合成酶基 因的研究方法。目前， 人們發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)普遍存在 素的 S/G 比率下降(Chabanes et al., 2001)。 反義 CAD 一種保守的基因轉(zhuǎn)錄后沉默機(jī)制(post-transcriptional 轉(zhuǎn)基因煙草、苜蓿與楊樹的木質(zhì)素含量也未明顯降 gensilencing, PTGS)。這種 PTGS 可由外源或內(nèi)源的 低 (Baucher et al., 1996; 1999; Higuchit et al., 1994)， 雙鏈 RNA (double stranded RNA, dsRNA) 降解為 僅特殊組份—— —松柏醛(coniferylaldehyde)明顯增加 21~25 堿基的干擾性 RNA (small interference RNA, (耿颯等, 2003)。 目前轉(zhuǎn)基因研究表明 CAD 活性被強(qiáng) siRNA)， 從而引發(fā)生物體細(xì)胞內(nèi)同源 mRNA 的特異 烈抑制，植物體仍可維持正常木質(zhì)素水平可能是抑 性降解，這種 PTGS 稱為 RNA 干擾 (RNA interfer制程度還不足亦或存在其他酶的補(bǔ)償作用，其原因 ence, RNAi) (Hannon, 2002; Matzke et al., 2001)。 有待深入研究。 RNA 干擾有相當(dāng)?shù)母咝裕欠戳x RNA 表達(dá)技術(shù) 可以通過 RNA 對基因抑制效率的 10 倍左右。因此， 4.6 木質(zhì)素單體的聚合 干擾技術(shù)對竹類植物的木質(zhì)素合成關(guān)鍵酶基因進(jìn)行 木質(zhì)素單體合成以后，需要脫氫聚合才能形成 研究， 也許可以取得更好的效果。 木質(zhì)素。 最初證明漆酶在有氧的條件下能夠產(chǎn)生木質(zhì) 參考文獻(xiàn) 素， 以后又發(fā)現(xiàn)過氧化物酶(POD)也可有效地催化該 Atan a ssova R., Favet N., Martz F., Chabbert B., Tollier M.T., 聚合反應(yīng)，在一些植物中幾種參與木質(zhì)素合成反應(yīng) Monties B., Fritig B., and Legrand M., 1995, Alter lignin 的過氧化物酶同工酶已分離出來。 composition in transgenic tobacoo expressing o-methyltrans綜上所述，運用現(xiàn)代生物技術(shù)控制木質(zhì)素含量 ferase sequence in sense and antisense orientation, Plant J., 或改變其組成目前還處于探索階段。若以不影響植 8(4): 465-477 提高 S/G 比值及 Bate N.J., Orr J., Ni W., Meromi A., Nadler-Hassar T., Doerner 物生長為前提， 以降低木質(zhì)素含量、 P.W., Dixon R.A., Lamb C.J., and Elkind Y., 1994, Quanti制漿效率等為目標(biāo)衡量轉(zhuǎn)基因植物是否適合用于造 tative relationship between phenylalanine ammonia lyase 則 紙， 4CL、 CCoA OMT 和 F5H 是較為理想的用于造 level and phenylpropanoi d accumulation in transgenic to紙原料植物品質(zhì)改良的目標(biāo)基因。

5 木質(zhì)素單體合成途徑的多樣性
植物體中參與木質(zhì)素生物合成的酶存在多基因 木質(zhì)素單體合成途 現(xiàn)象， 即以基因家族的形式出現(xiàn)。

bacco identifies a rate determining step in natural product synthesis, Proc Natl Acad Sci USA, 91: 7608-7612 Baucher M., Andree M., Vailhe B., Chabbert B., Besle J.M., Opsomer C., van Montaqu M., and Botterman J., 1999, Down-regulation of cinnanyl alcohol dehydrogenase in trans-

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  本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)素生物合成關(guān)鍵酶基因的研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。