纤维素合成酶及其在基因工程中的应用

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1、经济林研究2009，27(2)：131—136纤维素合成酶及其在基因工程中的应用黄青云，张党权，谷振军，田华(中南林业科技大学经济林育种与栽培国家林业局重点实验室，湖南长沙410004)摘要：纤维素是地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源，广泛存在于植物和部分细菌中。近年来，关于植物纤维素分子生物学的研究一直是国际相关研究的热点。从凡种典型植物的纤维素合成酶基因人手，综述了植物纤维紊合成酶的特性、纤维素合成酶基因的克隆与序列特征及其蛋白结构特征。关键词：纤维素合成酶；纤维素合成酶相似蛋白；基因特性；蛋白结构；转基因；

2、综述中图分类号：Q754文献标识码：A文章编号：1OO3—8981(2009)o2—0131—06CelluloseSynthaseandItsApplicationinGeneticEngineeringHUANGQing—yun，ZHANGDang—quan，GUZheng—jun，TIANHua(TheKeyLabofNon-woodForestProductSofStateForestryAdministration，CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Cha

3、ngsha410004，Hunan，China)Abstract：CelluloseiSthemostabundantbiologicalmacromoleculesonearthandthemostimportantrenewableresources，whichiswidelydistributedinplantsandsomebacteria．Inrecentyears，researchformolecularbiologyofplantcellulosehasbeenahotissueofinternational

4、researches．Basedonthetypicalplantcellulosesynthasegene，theplantcellulosesynthasecharacteristics，cloningofcellulosesynthasegeneandsequencecharacteristics，aswellasitsproteinstructure，weresystematicallysummarizedinthispaper．Keywords：cellulosesynthase；cellulose—syntha

5、se—likeprotein；genecharacteristics；proteinstructure；transgenic；literaturereview纤维素是地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源，自然界中每年可产生约1800亿t纤维素。纤维素广泛分布于植物和大多数藻类中，一些细菌、真菌甚至某些动物也能合成纤维素口]。纤维素在造纸、纺织、食品、林业、生物能源等工农业生产领域中有着广泛的经济和商业价值，这使得它一直成为人们研究的热点。纤维素的基本单位是吡喃式D一葡萄糖，与一1，4糖苷键相连I_2]。虽然纤维素合

6、酶基因首先在木醋杆菌中被发现]，但近年来随着人类对石油、煤炭的大量需求及石油价格的飞速增长，对植物纤维素合酶基因及其蛋白的研究显得更有价值。要掌握纤维素合成酶基因的调控，可以通过植物基因工程方式增加植物中的纤维素含量，而同时相对减少木质素的含量]，这样可以充分减少由造纸工业带来的环境污染，也可以更加充分地利用纤维素来造福于人类。同时，增加纤维素含量以改善其品质，将会培育更适于造纸的新型树种。1纤维素合酶与纤维素的生物合成不论是植物还是细菌，它们的纤维素生物合成都与一1，4糖苷键有关，而且它们的生物合成都是一个复杂收稿日期2

7、008—11—22基金项目国家自然科学基金(30700643)。作者简介黄青云(1983～)，女，广西隆安人。硕士研究生，主要从事植物分子生物学的研究。通讯作者张党权(1976～)，男，江西l~Jl1人。副教授，博士，主要从事植物分子生物学与森林培育学的研究。E—mail：zhangdangquan@163．corn。。132经济林研究第27卷的过程，受到多种因素的调节和控制，但两者在生物合成中的细节表现却是不同的。在不同植物的纤维素合成中，不同的纤维素合成酶(CesA，cellulosesynthase)基因的具体作用是

8、不同的，并且在纤维素的生物合成中，需要多个纤维素合成酶基因的共同作用。目前，国内外对于CesA基因的确切功能尚不了解，而且仍无法知道高等植物纤维素的确切合成机制，也还未能证明尿苷二磷酸葡萄糖(UDP—Gle)直接合成了纤维素；只是普遍地认为，UDP—Glc是植物纤维素合成的底物。Arioli等人l7在拟