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束红梅等
, 2011,
油菜素内酯代谢相关基因及其调控植物耐盐性的研究进展
,
分子植物育种
Vol.9 No.34 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0034)
1263
较早反应的酶。对
DET2
突变体油菜素内酯合成过
程中各中间产物分析发现，突变体中含有菜油甾烷
醇的量仅为野生型植株的
10%
左右，其下游的各种
BRs
含量
(6
-氧菜油甾烷醇
,
茶甾酮等
)
均不到野生型
植株的
10% (Li et al., 1996; Fujioka et al., 1997; Divi
and Krishna, 2009)
。因此人们认为
DET2
催化的反应
是油菜素内酯生物合成途径中主要的限速步骤。
对转基因植株的研究表明，在正常生长条件下
超量表达
DET2
的转基因植株株型明显大于野生型，
生物量是野生型植株的两倍；而转
DET2
反义基因得
到的植株，株高均低于野生型，但高于
det2
的极度
矮化型
(
罗明
, 2007)
。这就说明改变植物体内
DET2
基因的表达水平可以调控植物的生长。到目前为
止，拟南芥、棉花等多个植物中的
DET2
基因被克隆
和鉴定
(Rosati et al., 2005; Luo et al., 2007)
。
2.2
CPD
CPD
基因编码细胞色素
P450(CYP90)
蛋白，是
油菜素内酯生物合成途径中发现的第一个细胞色
素
P450
单加氧酶。
CPD
突变体和
det2
突变体的表型
相似，
CPD
突变体细胞减小及雄性不育的表型能被
外源施加的
23
-羟化的
BR
所恢复，但不能被缺少
23
-
羟化的长春花甾酮所恢复。因此认为，
CPD
基因是
编码催化长春花甾酮到茶甾酮的一个
C
-
23α
-羟化
酶
(Szekeres et al., 1996)
。
2.3
DWF4
DWF4
基因位于拟南芥第三条染色体上，与
CPD
基因的同源性达
43%
，同样编码一个细胞色素
P450
单加氧化酶
(CYP90B1) (Choe et al., 1998)
。分
析发现
DWF4
突变体中累积大量的类固醇
C
-
22α
-羟
化反应的底物，但反应产物减少，并且该步反应的
产物及其下游
BRs
都能恢复
dwf4
的突变体植株表型
(Azpiroz et al., 1998)
，说明油菜素内酯合成过程中
类固醇
C
-
22α
-羟化酶基因的突变是
dwf4
突变体出
现的原因。并因为该基因催化的羟化反应底物和产
物量差异较大，推测类固醇
C
-
22α
-羟化反应可能是
油菜素内酯生物合成的另一个限速步骤
(Choe et al.,
1998)
。正义表达和反义表达
DWF4
基因的植株表型
分别与
DET2
基因过量、抑制表达的植株表型相似，
因此人们认为
DWF4
是油菜素内酯合成途径的重要
限速酶
(Choe et al., 1998)
。
2.4
DWF1
DWF1
基因同样位于拟南芥第三条染色体上，
该基因编码
561
个氨基酸残基的蛋白质，序列中有
FAD
结合结构域和两个相同的核定位信号。研究发
现，突变体中
24
-亚甲基胆固醇含量明显升高，而
菜油固醇及下游
BRs
的含量则远低于野生型植株，
表明
DWF1
基因参与了
24
-亚甲基胆固醇键的异构
和还原。对豌豆、水稻等物种
DWF1
基因的研究表
明，
DWF1
编码蛋白与钙调蛋白结合，这种结合对
DWF1
功能起关键作用，破坏钙调蛋白将会导致
DWF1
功能丧失
(Mussig et al., 2002; Luo et al., 2007)
。
3
油菜素内酯的分解代谢基因
植物体内油菜素内酯的水平不仅取决于合成
途径，分解代谢同样影响油菜素内酯水平。因此弄
清油菜素内酯分解代谢途径对阐明植物体中活性
油菜素内酯的调控机制具有重要意义。目前认为，
分解代谢包括两条途径：一是降低油菜素内酯的活
性，二是减少油菜素内酯的含量。活性油菜素内酯
通过异构、羟基化、甲基化、侧链分裂以及氧化等
途径失去活性
(Fujioka and Yokota, 2003; Bajguz,
2007; Choe, 2010)
。但目前关于代谢过程的研究较
少，普遍认为
BAS1
基因和类固醇转硫酶基因
(
BNST3
)
在该代谢过程中起调控作用
(Choe, 2010)
。
BAS1
基因编码一个细胞色素
P450(CYP72B1)
，
过量表达导致油菜素内酯
C
-
26
羟基羟化，但
C
-
26
羟化后的油菜素内酯生物活性远低于正常油菜素
内酯
(Neff et al., 1999; Choe, 2010)
，因此
BAS1
作为
C
-
26
-羟化酶，是一个重要的油菜素内酯失活基因
(Neff et al., 1999; Ohnishi et al., 2006; Ohnishi et al.,
2009)
。并且在
bas1
突变体中油菜素内酯合成前体油
菜素甾酮和
6
-脱氧油菜素甾酮的水平也受到抑制，
因此认为
BAS1
基因在油菜素内酯合成前体的代谢
过程中也起作用。
类固醇转硫酶基因
(
BNST3
)
通过硫化
C
-
22
羟基
导致油菜素内酯失活，以
24
-异构油菜素内酯为底
物，并且认为
24
-油菜素内酯在硫化失活前异构
(Rouleau et al., 1999; Marsolais et al., 2004; Choe,
2010)
。也有人研究表明
BNST3
过量表达植株没有出
现油菜素内酯缺乏表型，或者是改变植物对外施
24
-表油菜素内酯的敏感性，只是转基因植株中
24
-
异构油菜素内酯含量增加
(Choe, 2010)
。因此认为，