rol基因與植物次生代謝

1、1rol基因?qū)χ参锎紊x的影響摘要：Ri質(zhì)粒不同于Ti質(zhì)粒，僅存在于發(fā)根農(nóng)桿菌中的另一類可作為植物基因工程載體的質(zhì)粒，其上的TDNA片段可以整合進(jìn)入被發(fā)根農(nóng)桿菌侵染的雙子葉植物細(xì)胞的核基因組中，并穩(wěn)定地遺傳下去，產(chǎn)生的表型為植物發(fā)根瘤和再生轉(zhuǎn)基因植株形態(tài)和發(fā)育異常，控制毛根形成的是TDNA上的rol基因，rol基因不存在于Ti質(zhì)粒上。本文介紹了rol基因?qū)χ参锎紊x中的功能，以及rol基因在信號(hào)傳導(dǎo)中的作用。關(guān)鍵詞：rol基因；次生

2、代謝；發(fā)根農(nóng)桿菌1發(fā)根農(nóng)桿菌和Ri質(zhì)粒發(fā)根農(nóng)桿菌(Agrobacteriumrhizogenes)是根瘤菌科(Rhizoliacea)農(nóng)桿菌屬(Agrobacterium)的一種革蘭氏陰性土壤細(xì)菌，外形呈桿狀，具鞭毛，能侵染大多數(shù)雙子葉植物和裸子植物及少數(shù)單子葉植物，在侵染部位能形成大量生長(zhǎng)快、分枝多、失去向地性的不定根，稱為毛狀根(hairyroot)。利用發(fā)根農(nóng)桿菌誘導(dǎo)植物細(xì)胞產(chǎn)生毛狀根是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來并得到廣泛應(yīng)用的植物

3、基因工程技術(shù)，在植物代謝物的生產(chǎn)上顯示了巨大的應(yīng)用潛力。發(fā)根農(nóng)桿菌在植物生物技術(shù)研究中，尤其是在遺傳育種和基因工程研究中，發(fā)揮了極其重要的作用。Ri質(zhì)粒具有兩個(gè)主要的功能區(qū)即TDNA(轉(zhuǎn)移區(qū))和Vir(致病區(qū))，它通過TDNA轉(zhuǎn)移到被侵染植物中，使其生成毛狀根。TDNA在植物細(xì)胞基因組的整合和表達(dá)，導(dǎo)致毛狀根的發(fā)生和再生轉(zhuǎn)基因植株發(fā)育異常。根據(jù)發(fā)根農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化植物體合成冠癭堿(Opines)的不同，可將發(fā)根農(nóng)桿菌及其Ri質(zhì)粒分為四種類型：

4、農(nóng)桿堿型(agropinetype)、甘露堿型(mannopinetype)、黃瓜堿型(cucronopinetype)和異黃瓜堿型(mikimopinetype)。農(nóng)桿堿型Ri質(zhì)粒的TDNA有兩個(gè)邊界區(qū)域，即TLDNA區(qū)和TRDNA區(qū)，兩個(gè)區(qū)域之間為一個(gè)非插入的DNA區(qū)。TLDNA上存在與根的形態(tài)有關(guān)的基因，同時(shí)TLDNA也影響再生植株的莖、葉的形態(tài)和一些生理性狀。TRDNA上有生長(zhǎng)素合成基因tms1和tms2，指導(dǎo)IAA的合成，因此

5、轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的毛狀根。甘露堿型、黃瓜堿型和異黃瓜堿型Ri質(zhì)粒只有單一邊界的TDNA，與農(nóng)桿堿型Ri質(zhì)粒的TLDNA有較高的同源性。農(nóng)桿堿型Ri質(zhì)粒的TLDNA在轉(zhuǎn)化細(xì)胞中整合的長(zhǎng)度是相當(dāng)固定3生長(zhǎng)的的毒害作用時(shí)，同時(shí)細(xì)胞中的次生代謝也隨之降低。此外也報(bào)到rolB對(duì)植物次生代謝有促進(jìn)作用。rolB對(duì)植物次生代謝有促進(jìn)作用最早是在轉(zhuǎn)rolB山葡萄細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，在轉(zhuǎn)rolB山葡萄細(xì)胞中，rolB的轉(zhuǎn)錄水平比野生型山葡萄高，并且白藜蘆醇的積累量比野

6、生型細(xì)胞的高100倍。白藜蘆醇是一類重要的對(duì)稱二苯代乙烯，能在腫瘤的引發(fā)、發(fā)展中阻止致癌作用。2.3rolC基因rolC能刺激植物合成烷類生物堿、吡啶生物堿、植物堿、皂苷類化合物、醌類化合物。在轉(zhuǎn)rolC基因植物細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，rolC的表達(dá)量與尼古丁的產(chǎn)量和植物根的生長(zhǎng)速度和密切相關(guān)。曾經(jīng)有人提出了rolC刺激植物堿的合成是通過刺激植物的生長(zhǎng)，而不是直接通過刺激根的合成活性的假說。然而在之后的研究中發(fā)現(xiàn)，rolC能刺激植物根合成植物堿。在不

7、同種的植物，rolC刺激植物堿合成的活性不一樣。在茜草轉(zhuǎn)化的愈傷組織，rolC基因的表達(dá)導(dǎo)致了蒽醌含量的穩(wěn)定增加，與非轉(zhuǎn)基因植物相比激活的程度為1.3~1.8倍的非轉(zhuǎn)化細(xì)胞。通過對(duì)轉(zhuǎn)基因植物長(zhǎng)時(shí)間栽培觀察（5年以上）發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)rolC基因植株胼胝體中AQs的積累比非轉(zhuǎn)基因植物的高2.0~4.3倍多。這表明隨著時(shí)間的推移，轉(zhuǎn)rolC基因植物中AQs的積累能夠保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上（Shkryl等人2007）。研究還發(fā)現(xiàn)蒽醌類化合物的合成和I

8、CS的基因的表達(dá)都依賴于rolC的表達(dá)強(qiáng)度：rolC基因的表達(dá)越高，ICS基因的表達(dá)和AQs的積累也越高。rolC基因提供了一個(gè)激活植物次生代謝過程的信號(hào)。除了刺激植物次生代謝外，rolC可能還賦予了植物更廣泛的防御反應(yīng)。在人參細(xì)胞中rolC的表達(dá)與β13葡聚糖酶（PR2家族）基因表達(dá)相一致。2.4rolD基因rolD基因?qū)Υ紊x的影響還未開始研究，RolD蛋白是Rol蛋白中生化功能唯一明確的一個(gè)蛋白。基于生物信息學(xué)數(shù)據(jù)和直接的生化方