植物次生代谢研究
植物次生代谢物的代谢途径及其生理学功能研究
植物次生代谢物的代谢途径及其生理学功能研究植物次生代谢物是指植物细胞合成的不是直接用于生长、繁殖、营养和光合作用等基本生理过程的化合物。
这些化合物包括生物碱、黄酮、鞣质、挥发性油、异戊烷、芳香烃、色素和多糖等。
这些化合物虽然不直接涉及基本生理过程，但对植物生长和对外界环境的适应有着重要的作用。
本文主要讲述植物次生代谢物的代谢途径及其生理学功能的研究。
一、次生代谢物的合成途径植物次生代谢物的合成途径可以分为多种，根据产物性质的不同而异。
其中包括二羟基酸代谢途径、丙二酸途径、甲基-异戊烷途径、萜类化合物途径和脂肪酸途径等多种途径。
这些途径在形式上虽然不同，却有着共同的特点，即都是通过原来已有的代谢途径进行一系列的反应转化而来。
其中最具代表性的代谢途径是二羟基酸途径和丙二酸途径。
二、次生代谢物的生理学功能植物次生代谢物虽然不能直接用于植物的生理过程，但对植物的生长和对外部环境的适应具有重要的作用。
这些功能包括抗病毒、抗氧化、抗感染、抗帕金森病和提高植物免疫系等。
同时，它们还可以提高植物对环境压力的适应能力，如干旱和病虫害等。
三、对次生代谢物生理学功能的研究植物次生代谢物的生理学功能被越来越多地研究。
这些研究包括分离、纯化、鉴定、合成和代表性实验等。
研究的目标是揭示它们的生理学功能和作用机理，同时将它们运用于环境保护、生物工程、医药和食品工业等领域。
四、次生代谢物的应用前景植物次生代谢物的应用前景十分广泛。
一方面，它们可以被用于制药和食品工业等领域。
另一方面，它们可以被用于环境保护和农业生产中。
同时，由于植物次生代谢物的生理学功能的研究还在不断地深入，它们的应用潜力也将不断地被挖掘和开发。
总之，植物次生代谢物是植物细胞合成的一类不是直接用于生长、繁殖、营养和光合作用等基本生理过程的化合物。
它们的合成途径有多种，其中以二羟基酸途径和丙二酸途径最具代表性。
植物次生代谢物对植物的生长和对外部环境的适应具有重要的作用，其研究将产生很大的应用前景。
植物中次生代谢物的合成途径和作用机制研究
植物中次生代谢物的合成途径和作用机制研究植物作为生命的基础，有着广泛的生物学研究价值。
其中，植物中次生代谢物的合成途径和作用机制是一个备受研究者关注的领域。
在这篇文章中，我们将就这个话题详细探讨。
一、次生代谢物的定义植物能够合成许多不参与生长和繁殖的化合物，这些化合物被称为次生代谢物。
与植物基本代谢物不同，次生代谢物在特定条件下才会被合成，而且它们大多数在天然界中没有实际的功能。
这些化合物可以分为许多不同的类别，包括生物碱、黄酮、类黄酮、酚酸、丙素和挥发性油等。
二、次生代谢物的合成途径植物次生代谢物的合成途径和生物活性的实验研究建立于20世纪中期。
当前，已知的合成途径包括植物酚酸途径、黄酮途径、生物碱途径、丙素途径和三萜途径等。
下面，我们将重点介绍这些途径的合成机制。
1、酚酸途径酚酸是植物中重要的次生代谢产物，参与植物的光合作用、营养吸收和生长发育等过程。
酚酸途径中，它的前体物是苯丙氨酸和白藜芦醇。
苯丙氨酸首先经过酚羧酸途径生成苯酚羧酸，进而形成香豆酸和各种酪氨酸衍生物。
而白藜芦醇是类黄酮的前体，也是许多次生代谢产物的中间体。
2、黄酮途径黄酮途径中，黄酮酸是所有黄酮化合物的前体，而白藜芦醇是黄酮类化合物的前体。
通过黄酮酸和白藜芦醇，可以合成许多不同的次生代谢物，如类黄酮、黄酮和异黄酮等。
3、生物碱途径生物碱是植物中比较常见的次生代谢产物之一，通常含有一种或多种含氮碱基的环境。
在生物碱途径中，维生素的双氮杂环分子是生物碱的前体。
这个分子首先通过色氨酸途径合成色胺酸，然后通过多种酶催化过程形成不同的生物碱类物质。
4、丙素途径丙素途径是一种催化植物次生代谢物合成的重要酶群。
它参与植物发育和响应各种胁迫条件的过程，并合成许多次生代谢产物，如抗氧化剂、生物碱和类黄酮等。
5、三萜途径三萜途径是植物中次生代谢物的主要合成途径。
三萜分子是所有类萜类物质的共同前体。
在三萜途径中，异戊烷基、恶臭醇和二萜酸是三萜产生的中间体，通过多次途径反应形成胆固醇、花生四烯酸和其他次生代谢物等。
植物次生代谢产物的研究进展
植物次生代谢产物的研究进展植物次生代谢产物是指植物体内在生长发育、防御等过程中产生的非必需物质，具有广泛的生物学和药理学作用。
过去几十年，人们对植物次生代谢产物的研究不断深入，许多新型代谢产物被发现和研究，为人类医药和保健产业的发展做出了贡献。
一、植物次生代谢产物的种类植物次生代谢产物大约有10万种，其中包括黄酮类、生物碱、酚类、多糖类、皂甙等。
这些代谢产物可以分为两类，一类是用于生长和发育的生理代谢产物，另一类是为了应对外界环境的压力而产生出来的保护性代谢产物。
二、研究植物次生代谢产物的方法研究植物次生代谢产物的方法主要有物理化学方法、生化方法和遗传方法。
物理化学方法主要包括红外光谱、质谱和核磁共振等。
生化方法主要包括液相色谱、气相色谱和高效液相色谱等。
遗传方法主要是通过基因编辑技术，对植物进行编辑改造，从而生产出新型代谢产物。
三、植物次生代谢产物的应用植物次生代谢产物的应用非常广泛，其中最为重要的是在医药领域中的应用。
许多植物次生代谢产物具有重要的药理学作用，被作为药物制剂进行研究和开发，例如青翠藤素、阿司匹林等。
此外，植物次生代谢产物在食品、化妆品、农药等领域也有着重要的应用，例如黄酮类可以作为食品添加剂和化妆品原料，而生物碱则可以作为农药。
四、现阶段植物次生代谢产物研究的挑战虽然研究植物次生代谢产物已经取得了很多进展，但目前仍存在一些挑战和难点。
首先，对于许多植物次生代谢产物的合成途径和调控机制仍不清楚，这导致了研究受阻。
其次，人工合成这些复杂的代谢产物仍然是一个极具挑战性的任务，需要继续进行技术创新。
此外，这些代谢产物在体内的药理学和毒理学作用也需要进一步研究，以便更好地开发其在医药领域中的应用。
总的来说，研究植物次生代谢产物对于人类健康和生活有着极其重要的作用，未来也将会持续发展。
我们应该继续关注和支持这个领域的研究，为人类健康和福祉做出更大的贡献。
植物次生代谢产物研究进展及其在医药中的应用
植物次生代谢产物研究进展及其在医药中的应用植物是自然界中的生命之源，生长中所产生的代谢产物不仅滋养人类，还具有广泛的药用价值。
植物代谢产物可以分为原生代谢产物和次生代谢产物两类，其中，次生代谢产物是植物对外界环境影响的产物，除了满足植物生长发育所需外，还带有药物、毒素、色素等特性，是植物界中重要的化学物质。
随着科学技术的不断提升，植物次生代谢产物的研究也在不断深入，其在医药领域的应用逐渐受到人们的重视。
一、植物次生代谢产物研究进展1. 植物次生代谢产物研究方法植物次生代谢产物的研究方法主要包括化学分离和结构鉴定、生物学测定和基因工程方法等。
其中化学分离和结构鉴定是研究次生代谢产物最基础的方法，通过对植物提取物的分离纯化和结构鉴定来确定代谢产物的存在和种类。
生物学测定则是通过对代谢产物的生物学作用和活性进行测定来验证代谢产物的生物学功能和应用价值。
2. 植物次生代谢产物类型和作用植物次生代谢产物种类繁多，包括生物碱、类黄酮、苯丙素、单萜类、二萜类、氨基酸及其衍生物等多类。
这些代谢产物在植物生长发育、环境适应、捕食与防御等过程中发挥着重要的作用。
例如，生物碱在草本植物中是重要的防御物质；类黄酮在植物中则起到了色彩和花色等美学角色；而单萜类和二萜类的化合物具有广谱的药理活性，被广泛用于医药、食品添加剂、化妆品等领域。
3. 植物次生代谢产物的生物合成途径植物次生代谢产物的生物合成途径复杂，需要多个酶和基因的协同作用。
近年来，基因工程技术的发展使得研究者们可以通过转基因技术来改变植物代谢产物的合成途径，以此来制造出更为纯净的代谢产物或产生人工合成代谢产物。
二、植物次生代谢产物在医药中的应用1. 植物次生代谢产物的药用价值植物次生代谢产物是自然界中的重要化合物，其中很多具有非常明显的药物活性。
例如，白藜芦醇在植物中作为一种黄酮类物质，具有抗氧化、增强免疫力、抗肿瘤等多重药理作用，并被广泛应用于药物和保健品中。
植物次生代谢物的生态功能研究
植物次生代谢物的生态功能研究在我们周围丰富多彩的植物世界中，存在着一类神秘而又重要的物质——植物次生代谢物。
这些物质并非植物生长和发育所必需，但却在植物与环境的相互作用中发挥着极其关键的生态功能。
植物次生代谢物种类繁多，包括生物碱、萜类、黄酮类、酚类等。
它们的产生和存在往往与植物所处的环境压力和生物胁迫密切相关。
首先，植物次生代谢物在植物的防御机制中扮演着重要角色。
当植物面临病虫害的侵袭时，次生代谢物就像是植物的“武器库”。
例如，一些植物会产生生物碱来抵御昆虫的取食。
生物碱可以干扰昆虫的神经系统，使其无法正常生长和繁殖，从而减少昆虫对植物的损害。
同时，某些酚类物质具有抗菌和抗病毒的作用，能够帮助植物抵御病原体的入侵，增强植物的免疫力。
其次，植物次生代谢物在植物与其他生物的相互关系中也起着重要的调节作用。
对于传粉者来说，植物的次生代谢物可以作为信号物质，吸引特定的昆虫或鸟类来为其传粉。
比如，花朵中鲜艳的颜色和独特的香气往往是由次生代谢物产生的，这些特征能够引导传粉者准确找到花朵，完成传粉过程。
此外，植物次生代谢物还可以影响植物与相邻植物之间的竞争关系。
一些植物会释放化学物质到土壤中，抑制周围其他植物的生长，从而为自己争取更多的资源和空间。
再者，植物次生代谢物在植物适应环境变化方面发挥着不可或缺的作用。
在干旱、高温、低温等恶劣环境条件下，植物会合成特定的次生代谢物来增强自身的抗逆性。
例如，一些植物在干旱时会产生脯氨酸等次生代谢物，帮助维持细胞的渗透压，防止水分过度流失。
而在紫外线较强的环境中，植物会合成黄酮类化合物来吸收紫外线，减少其对细胞的损伤。
另外，植物次生代谢物对生态系统的物质循环和能量流动也有着一定的影响。
当植物凋落或死亡后，其体内的次生代谢物会进入土壤，影响土壤微生物的群落结构和活性，进而改变土壤的肥力和养分循环。
同时，这些物质也可能在食物链中传递，对食草动物和食肉动物的生理和行为产生影响。
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况一、本文概述随着现代医药学的发展，药用植物作为天然药物的重要来源，其研究价值日益凸显。
药用植物的次生代谢产物，作为其主要活性成分，具有广泛的生物活性和药理作用，对于人类疾病的防治具有重要意义。
本文旨在探讨药用植物次生代谢产物的积累规律，以期为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支撑。
本文首先介绍了药用植物次生代谢产物的概念和种类，阐述了次生代谢产物在药用植物中的重要性和作用。
接着，从生物合成途径、环境因素和遗传调控等方面，分析了次生代谢产物积累的影响因素，探讨了次生代谢产物积累的一般规律。
在此基础上，本文综述了近年来国内外在药用植物次生代谢产物积累规律研究方面的主要成果和进展，包括次生代谢产物积累与植物生长发育的关系、次生代谢产物积累与环境因子的关系、次生代谢产物积累的遗传调控机制等方面的研究。
通过对药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况进行梳理和总结，本文旨在为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支持和实践指导，推动药用植物次生代谢产物的研究向更深层次、更广领域发展，为人类的健康事业作出更大的贡献。
二、药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制次生代谢产物是药用植物在生长发育过程中，为适应环境压力或完成特定生理功能而合成的一类非必需小分子化合物。
这些化合物通常具有显著的生物活性，如抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等，是许多中药材的主要药效成分。
因此，研究药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制，对于深入理解其药用价值和提高药材质量具有重要意义。
次生代谢产物的合成途径通常包括初生代谢产物的转化和专门的次生代谢途径。
初生代谢产物，如糖、氨基酸和脂肪酸等，通过一系列酶促反应转化为次生代谢产物。
这些反应可能涉及多个生物合成途径，如苯丙烷途径、黄酮途径、萜类途径等。
这些途径中的关键酶和调控因子在次生代谢产物的合成中发挥着重要作用。
调控机制方面，药用植物次生代谢产物的合成受到多种内外因素的调控。
植物次生代谢产物的代谢调控机制研究
植物次生代谢产物的代谢调控机制研究植物作为自主养生的生物体，其次生代谢代谢产物在植物生长发育和适应环境的过程中起着至关重要的作用。
通俗来说，次生代谢产物就是不参与细胞生长和发育的物质，而是为植物提供其它生物功能的，比如抗菌、抗氧化、抗超氧化、抗逆境等等。
在植物次生代谢代谢调控机制研究领域，近几年来取得了不小的进展。
一、植物次生代谢代谢产物的来源次生代谢产物来源于植物基因表达和环境压力之间的相互作用。
从基因组水平来看，植物次生代谢产物是由具有相似结构基因家族的同源酶催化形成的。
这些酶是来源于基因家族，通过基因名命名，如 CYP450 酶。
它们在植物细胞中的空间位置不同，在固体内质网中，质体和线粒体，体现了良好的空间分布和合作。
从环境压力的角度来看，植物次生代谢产物来自环境压力诱导的激素信号响应。
环境压力请求植物组织修复，例如干旱、甜菜田污染和铜沼泽污染等，这些压力都会使植物组织释放次生代谢产物以进行修复。
这些次生代谢产物的合成和新陈代谢将作为植物对外部环境压力的应对策略。
二、植物次生代谢代谢调控机制的研究方法在研究植物次生代谢代谢调控机制时，可以从基因表达方面入手。
传统的方法就是基于变异的高通量热扫描 (RNA-seq) 和微阵列分析技术研究植物触发次生代谢的通路。
这些方法的目的是标识在特定条件下植物基因的表达差异，以便更好地了解次生代谢代谢调控机制。
另外，还可以通过荧光融合技术研究次生代谢产物的运输和其他关键调控机制，以及光合作用和纤维素酶的调控。
三、植物次生代谢代谢调控机制的研究进展近年来，植物次生代谢代谢调控机制的研究进展非常快速，其中有多个方向值得关注。
目前，植物次生代谢代谢调控机制研究的关键成果如下：1.间层细胞的发现间层细胞是占据植物表皮中间地带的一组细胞，是植物中次生代谢产物积累的一个主要区域。
比如吲哚丙酮酸和花色苷等中生代谢产物的积累就与间层细胞的数量和空间分布密切相关。
2.基因组学研究对代谢通路的启发通过基因组学研究，我们能够发现某些基因家族的变异和定位可以启发新的代谢途径的发现，比如在白蜡树中，通过基因组学研究发现虽然软蜡酯只存在于桉树中，但是可以在白蜡树上利用其基因组派生催化代谢路径来合成。
植物次生代谢物植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究
植物次生代谢物植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究植物次生代谢物：植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究植物是自然界中最为丰富多样的生物之一，它们可以通过光合作用将阳光、水和二氧化碳转化为能量和营养物质。
除了这些基本的生物合成过程外，植物还能产生一系列具有特殊生物活性的分子，被称为次生代谢物。
这些次生代谢物在植物的生长发育、适应环境应激以及与其他生物的互动中起着重要的作用。
本文将对植物的次生代谢物的种类和功能进行探讨。
一、植物次生代谢物的分类植物的次生代谢物可以根据其化学结构和生物学功能进行分类。
常见的分类方法包括生理学分类和化学分类。
1. 生理学分类：植物次生代谢物根据其在植物生理学中的作用和功能进行分类。
例如，植物次生代谢物可以分为抗菌物质、抗氧化剂、抗虫剂、抗霉剂等。
这种分类方法主要关注植物次生代谢物在植物自身的生长和防御过程中的功能。
2. 化学分类：植物次生代谢物根据其化学结构和成分进行分类。
根据化学结构的不同，植物次生代谢物可分为类固醇、生物碱、黄酮类、多酚类、挥发油等。
这种分类方法主要关注植物次生代谢物的化学构成和性质。
二、植物次生代谢物的功能植物次生代谢物在植物的生长发育和适应环境应激过程中起着重要的作用。
以下是一些常见的植物次生代谢物及其功能的介绍。
1. 抗氧化剂：许多植物次生代谢物具有抗氧化剂的功能，可以帮助植物抵御氧化应激和自由基损伤。
例如，类黄酮和多酚类化合物可以中和自由基，防止细胞氧化损伤。
2. 抗菌物质：植物次生代谢物中的一些化合物具有抗菌和抗真菌的能力，可以用来对抗病原体和害虫。
例如，挥发油和生物碱类化合物常被用作天然杀虫剂和抗菌剂。
3. 信号调节物质：植物次生代谢物还起着调节生长和发育的作用。
一些植物激素和类黄酮类化合物可以调控植物的生长、开花和果实发育过程。
4. 防御物质：植物次生代谢物中的一些化合物可以用来防御外界的伤害和应对环境压力。
例如，根据研究发现，一些次生代谢物能够帮助植物抵御盐胁迫、干旱和低温等逆境。
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植物次生代谢研究陈晓亚(中国科学院上海生命科学研究院,植物生理生态研究所,上海200032)摘要:次生代谢是植物重要的生命活动,与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关。
同时次生代谢产物也是重要的药物和化工原料来源。
次生代谢过程及代谢物的积累受到自身和环境中各种生物和非生物因素的调控。
随着基因组和代谢组等组学技术的产生和发展,植物次生代谢研究获得了前所未有的机会。
通过对代谢过程的深入了解,利用系统生物学方法开展预见性代谢工程将会成为未来的研究趋势。
关键词:次生代谢植物生长系统生物学代谢组学Plant Secondary MetabolismCHEN Xiaoya(Institute of Plant Physiolog y and Ecology,Shanghai Institutes for Biological Sciences,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200032)Abstract:Secondar y metabolism is an unique part of plant life characteristics,which ar e cr itical for not only the gro wth and development of plant individuals,but also the adaptations.Secondary metabolites ar e also important resources for medicinal,and other chemical industr ies.Besides the temporal and spatial regulations by t he plant,secondary metabolism pathw ays and the accumulation of end products are also affected,sometimes decisively,by t he biotic and abiotic signals from the enviro nment.With the dev elopment of modern g enomics,proteo mic,and metabolomics,unprecedented oppor-tunities are ready for plant secondary metabo lism research.With the accumulation o f in-depth studies,pr edictive metabolic eng ineering,with the guidance of systems biolog y,w ill be a key issue for future research.Key words:secondary metabolism,plant,gr owth,systems biolog y,metabolomics植物通过光合作用捕获光能,通过代谢将简单无机物转化为复杂有机物,为地球上的生物圈提供氧气、能量和有机物质。
代谢是生物的主要特征之一,是生理学研究的重要内容。
1植物次生代谢研究的意义植物和微生物能够合成大量次生代谢产物(secondary metabolites),又称天然产物。
这些小分子有机物在植物类群中特异性分布,往往不是细胞正常生命活动所必需的。
据估计,植物次生代谢产物在10万种以上,包括萜类、酚类(黄酮类、花色苷)、生物碱、多炔等,它们都是由初生代谢途径衍生而来的。
次生代谢是在植物长期演化过程中产生的,与植物对环境的适应密切相关,并非可有可无。
从功能上看,许多物种的生存已离不开这些天然产物。
例如虫媒植物的生长并不需要昆虫,但离开了昆虫授粉则无法完成世代交替。
而吸引昆虫的往往就是这些次生代谢产物)))具有气味的挥发性物质或表现出颜色的花色苷类或胡萝卜素类。
由此可见,植物天然产物在功能上并不总是处于次要地位。
越来越多的工作显示,次生代谢与植物的抗性与品质紧密相关,植物对病害和虫害的抗性在很大程度上取决于细胞内植保素的合成调控。
无论是作为药物、化妆品或是调味品,人类对次生代谢物的利用都有数千年的历史。
中国有丰富的植物资源,而中药更是祖先留下的瑰宝。
虽然植物化学和次生代谢的研究工作似乎是波澜不惊,但是一旦有所发现往往能够对人类的健康生活带来巨大的改善。
例如,我国科学家首先从中药青蒿(Ar temisia annua)中分离得到的青蒿素,迄今仍是最有效的抗疟药物。
地球上被子植物有约400科,10000多属,近30万种。
大多数的属在次生代谢途径上或多或少有所特异。
30万种植物的次生代谢产物是一个巨大的宝藏。
在基因组学、代谢组学和转基因技术等快速发展的今天,我们有必要对一些重要次生代谢产物的代谢途径及其调控进行深入研究,通过各种技术第28卷2006年10月第5期1-4页世界科技研究与发展WORLD SC I-TEC H R&DVol.28Oct.2006No.5pp.1-4手段,更合理有效地发掘利用并保护我们的植物资源。
2近年来取得的重要进展2.1代谢途径的阐明次生代谢产物结构的基本骨架形成之后,往往经过甲基化、羟基化等修饰生成各种终产物。
经过长期的研究积累,人们对代谢途径的主干部分(为次生代谢提供底物的初生代谢途径)已经基本了解,例如酚类的莽草酸途径,萜类的异戊二烯二磷酸(IPP)途径等。
被子植物中一些相对保守的次生代谢途径也得到了很好的研究,如黄酮类、木质素的生物合成与调控。
然而,对次生代谢最丰富最神奇的部分)))特定产物合成与积累的过程,还所知甚少。
在众多次生产物中,人们对紫杉醇、一些茄科植物的生物碱、豆科植物(如Medaicago truncatula)异黄酮、长春花吲哚生物碱、以及棉酚等生物合成途径进行了比较深入的了解,而绝大多数次生代谢途径尚未触及,或研究工作刚刚开始。
我们课题组在棉花倍半萜成分)))棉酚生物合成途径研究中获得系统性结果,克隆了棉酚代谢途径中的法尼基二磷酸合酶,(+)-D-杜松烯合酶, (+)-D-杜松烯-8-羟化酶[1~4]。
这三个酶催化从5碳原子的异戊二烯前体到8-羟基杜松烯的3步连续的反应。
(+)-D-杜松烯-8-羟化酶为细胞色素P450单加氧酶,杜松烯的8位羟基化反应是棉酚等倍半萜醛类形成的关键步骤,它是细胞色素CYP706家族中首先鉴定出功能的酶。
2.2新的研究方法与思路2.2.1遗传学模式植物拟南芥遗传操作体系的建立大大推动了现代植物生物学的发展,包括次生代谢及调控的研究。
拟南芥种皮积累色素,呈棕褐色,相关基因的突变极易产生可见表型。
通过大量突变体的筛选和分析,拟南芥苯丙烷类途径已经基本弄清,一些重要调控因子也已经得到鉴定。
与此相似,拟南芥木质素途径和葡萄糖硫苷途径也有了相当深入的研究。
对玉米、金鱼草和矮牵牛等植物的分子遗传学研究也导致了一些重要次生代谢途径酶的发现及其调控基因的克隆[5]。
近十年来基因组信息大量涌现,拟南芥、水稻的全基因组测序已经完成或基本完成。
不仅许多物种已经有了大量EST序列,为一种生物制作相当数量的EST也不再是一种奢侈。
技术的进步使得通过生物信息学和反向遗传学研究代谢成为可能。
对拟南芥、水稻基因组序列的注释让我们有可能知道它们在某个代谢途径上到底有多少个酶基因。
比如拟南芥萜类合酶基因总共超过30个[6-7],水稻则有十多个,这使研究工作可以有的放矢。
然而,次生代谢的一个重要特征是具有很强的类群(科属)特异性,模式植物的代表性十分有限。
2.2.2代谢组学基因组学、功能基因组学和化学分析技术的发展,催生了一门新的学科)))代谢组学(metabolom ics)。
代谢组学涉及许多新方法、新概念和新思路,这里仅作扼要介绍。
代谢组学旨在研究某个生物体或某个组织甚至单细胞的全部代谢物及其动态变化[8-9]。
就当前的仪器分析水平而言,这是一个无法完成的任务,而次生代谢产物的存在使得植物代谢成分高通量全面(comprehensive)分析更加困难。
因此,有学者提出代谢组学应当重新定义,应当指对特定条件下代谢表型(metabolic pheno-types),以及这些表型与基因型之间的联系的研究[10]。
转录组、蛋白质组和代谢组是功能基因组的三个主要组成部分。
这一新兴领域的诞生,不仅呼唤化学分析技术的新突破,也使得/组学0的方法与思想渗透到传统的生理学,将生理学纳入功能基因组学的轨道[11]。
在医学领域,代谢组学可能为疾病的预测、预防和早期诊断带来革命[12];在农业上,代谢组可直接反映农作物的生理状况和农产品品质性状(尤其是营养价值)。
最近,国外学者已经提出用系统生物学和代谢组学的观念与方法研究传统中草药[13]。
2.2.3代谢调控网络转录因子对植物的发育、生长和代谢起重要的调控作用。
代谢调控研究最为深入的是黄酮类途径,许多转录因子已经克隆[14],一些靶基因也得到了鉴定。
有趣的是,表皮毛、根毛的发育调控途径和黄酮类途径共用一些或一类转录因子,如M YB (C1),bH LH(R,GL3)和WD40(TTG1)等。
萜类途径转录因子的报道很少。
长春花OR-CA3是一个茉莉酸响应的AP2-域转录因子,正向调控萜类吲哚生物碱合成途径[15]。
我们课题组分离了棉花的茉莉酸响应WRKY转录因子GaWRKY1,该因子可与(+)-D-杜松烯合酶基因院士论坛世界科技研究与发展2006年10月CAD1-A启动子结合并激活转录,从而参与棉酚生物合成途径的调控[16]。
植物次生代谢在植物对环境的适应过程中起重要作用,受到生物和非生物因子的调控。
光信号直接或间接控制着植物体内大多数的代谢进程,包括异戊二烯途径[17]。
已知番茄DET1参与果实中胡萝卜素类生物合成的调控,DET1是光信号的负调控因子。
青蒿的单萜[18]和倍半萜合成也受到光信号或生物节律的调控。
病原菌、共生菌或其激发子能够诱导植物次生代谢物的合成与积累,这是植物-微生物相互作用的普遍特征。
植物抗病反应伴有植保素(phytoallex ins)的产生,水杨酸常常是这个诱导途径的信号分子。
昆虫取食、机械损伤诱导植物次生代谢物的合成和挥发性成分的释放,已知脂类信号分子茉莉酸参与这个诱导过程。
Volicitin是甜菜夜蛾(Sp odop tera ex igua)幼虫口器分泌的脂肪酸-氨基酸衍生物,这类化合物能够诱导植物产生具有活性的7-epi-茉莉酸和挥发性成分。
玉米中的volicitin受体蛋白已经分离[19]。