rol基因及植物次生代谢

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1、rol基因对植物次生代谢的影响摘要：Ri质粒不同于Ti质粒，仅存在于发根农杆菌中的另一类可作为植物基因工程载体的质粒，其上的T-DNA片段可以整合进入被发根农杆菌侵染的双子叶植物细胞的核基因组中，并稳定地遗传下去，产生的表型为植物发根瘤和再生转基因植株形态和发育异常，控制毛根形成的是T-DNA上的rol基因，rol基因不存在于Ti质粒上。本文介绍了rol基因对植物次生代谢中的功能，以及rol基因在信号传导中的作用。关键词：rol基因；次生代谢；发根农杆菌1发根农杆菌和Ri质粒发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)是根瘤菌科(Rhizoliace

2、a)农杆菌属(Agrobacterium)的一种革兰氏阴性土壤细菌，外形呈杆状，具鞭毛，能侵染大多数双子叶植物和裸子植物及少数单子叶植物，在侵染部位能形成大量生长快、分枝多、失去向地性的不定根，称为毛状根(hairyroot)。利用发根农杆菌诱导植物细胞产生毛状根是20世纪80年代发展起来并得到广泛应用的植物基因工程技术，在植物代谢物的生产上显示了巨大的应用潜力。发根农杆菌在植物生物技术研究中，尤其是在遗传育种和基因工程研究中，发挥了极其重要的作用。Ri质粒具有两个主要的功能区即T-DNA(转移区)和Vir(致病区)，它通过T-DNA转移到被侵染植物中，使其生成毛状

3、根。T-DNA在植物细胞基因组的整合和表达，导致毛状根的发生和再生转基因植株发育异常。根据发根农杆菌转化植物体合成冠瘿碱(Opines)的不同，可将发根农杆菌及其Ri质粒分为四种类型：农杆碱型(agropine-type)、甘露碱型(mannopine-type)、黄瓜碱型(cucronopine-type)和异黄瓜碱型(mikimopine-type)。农杆碱型Ri质粒的T-DNA有两个边界区域，即TL-DNA区和TR-DNA区，两个区域之间为一个非插入的DNA区。TL-DNA上存在与根的形态有关的基因，同时TL-DNA也影响再生植株的茎、叶的形态和一些生理性状。

4、TR-DNA上有生长素合成基因tms1和tms2，指导IAA的合成，因此转化产生的毛状根。甘露碱型、黄瓜碱型和异黄瓜碱型Ri质粒只有单一边界的T-DNA，与农杆碱型Ri质粒的TL-DNA有较高的同源性。农杆碱型Ri质粒的TL-DNA在转化细胞中整合的长度是相当固定的，而农杆碱型Ri质粒的TR-DNA整合的长度有很大变化。此外，在转化的毛状根克隆中可以有多个10T-DNA整合，这些T-DNA或者独立存在(非连锁)，或者位于同一染色体上(连锁)。多T-DNA整合现象可能是多菌转化的结果，也可能是同一细菌向单个细胞转入多个T-DNA的结果。2rol基因Ri质粒是发根农杆菌

5、中位于染色体DNA之外的独立基因组，是仅存在于发根农杆菌中的另一类可作为植物基因工程载体的质粒，为双链共价闭合环状DNA。目前农杆碱型Ri质粒比较常见，rol基因是位于Ri质粒上T-DNA区的基因群(包括rolA、B、C、D基因)。现已证实，rolB基因和rolC基因是诱导植物生根的最主要基因。2.1rolA基因RolA蛋白是DNA结合蛋白中的一员，在结构上与乳头瘤病毒E2DNA结合域有很大的相似性。到目前为止RolA蛋白的生物化学功能尚不清楚。对rolA基因的研究表明，rolA基因能够刺激尼古丁生成。在茜草(Rubiacordifolia)愈伤组织中表达rolA基

6、因，能够使醌类化合物(AQs)的水平提到2.8倍，同时通过长达7年的观察发现，rolA的表达也为愈伤提供了一个很好的生长环境。然而这些数据还不足以来就rolA对植物次生代谢的作用下定论。2.2rolB基因在rol基因家族中，rolB是对植物次生代谢最有影响的基因，对细胞生长的拟制作用也是最强的。在转基因茜草的愈伤组织中发现，rolB的表达水平与异分支酸合酶的表达水平成正相关，异分支酸合酶是合成AQ的一个关键酶，rolB通过影响异分支酸合酶来影响着AQ的生成。对茜草愈伤组织的生长参数的观察发现，rolB的高表达水平对愈伤组织的生长起拟制作用。有意思的是，rolA、ro

7、lC对愈伤组织的生长并没有拟制作用，当rolB与rolA、rolC一起在愈伤组织中表达时，rolB的拟制作用被拟制了。与rolA和rolC相比，rolB对AQ积累的作用更大。在高水平表达rolB的组织中rolB能使AQ的水平提高15，然而在rolA、rolB和rolC一同表达的组织中，AQ的合成就少多了。在转rolB细胞中，拟制生长是一个限制因素，因为rolB编码一个具有酪氨酸磷酸化活性的蛋白，当通过使用酪氨酸磷酸酶拟制剂时，该拟制剂能阻止rolB对细胞生长的的毒害作用时，同时细胞中的次生代谢也随之降低。10此外也报到rolB对植物次生代谢有促进作用。rolB对