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1、第24卷第2期海南大学学报自然科学版Vo.l24No.22006年6月NATURALSCIENCEJOURNALOFHAINANUNIVERSITYJun.2006文章编号:1004-1729(2006)02-0194-07ACC氧化酶基因研究进展1,231陈银华,黄伟,王海(1.海南大学生命科学与农学院,海南海口570228;2.华中农业大学园艺林学学院,湖北武汉430070;3.海南大学教务处,海南海口570228)摘要:乙烯作为植物的五大类激素之一,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用.而乙烯在植物体内的生物合成主要是由ACC合成酶和ACC氧化酶这2个限速酶来控制
2、的,通过调节它们的表达能有效地调节乙烯的合成量.本文就ACC氧化酶基因克隆及表达调控进行了综述,并对其应用前景进行了展望.关键词:乙烯;ACC氧化酶;基因克隆;启动子中图分类号:Q78文献标识码:A乙烯(ethylene)是一种植物激素,在植物整个生命周期中起着至关重要的作用,它对植物的种子萌发、生长发育、叶片和花器官的衰老、果实成熟、性别分化等有广泛的影响;同时它与逆境胁迫,如机械伤害、冷害、渍水、病原菌入侵等方面有关,并参与植物细胞的程序性死亡和DNA降解.[1]乙烯的生物合成途径最早由Liberman于1966年首次在苹果上得到证实.Yang和Hoff-man(1
3、984)根据他们的研究结果推断出,在高等植物体内乙烯的生物合成是由前提物质SAM[2](S-腺苷甲硫铵酸)在ACS(ACC合成酶)和ACO(ACC氧化酶)的催化下形成的,ACS和ACO[3-4]是乙烯生物合成过程中的2个关键酶.由于乙烯在调控植物生长发育特别是在植物成熟衰老过程中具有特殊的作用,因此对乙烯的研究一直都很活跃,现已全面进入分子水平,并且不断取得进展.在乙烯生物合成方面,已在许多植物上克隆了乙烯生物合成途径上的有关基因.通过基因操作获得转基因植物可以调控其乙烯的生物合成,从而调控植物的成熟衰老过程.1ACO基因克隆的研究进展ACO是乙烯合成途径中的最后一个酶
4、,此酶最早被Yang及其同事定名为乙烯形成酶(EFE),直到90年代初,这个酶的反应特征才被阐明.由于ACO需要抗坏血酸和氧作为辅助底2+物(cosubstrates),且需要Fe和CO2作为辅助因子,因此把EFE称为ACC氧化酶更适合.ACO的鉴定远比ACS困难得多,因为不能用通常的生物化学方法分离出细胞提取液中的ACO;但是,采用分子克隆的办法来鉴定ACO,可以克服直接从植物组织中提取ACO的困难,这收稿日期:2005-12-21作者简介:陈银华(1976-),男,安徽安庆人,海南大学生命科学与农学院副教授,博士.第2期陈银华等:ACC氧化酶基因研究进展195使AC
5、O的研究柳暗花明.虽然不能用传统的生化方法分离出这个酶,但是可以鉴定与成熟有关的cDNA的功能性表达.Grierson等(1985)从不同成熟阶段的番茄中分离了ACO的mRNA,并使其在兔网状细胞裂解液系统中翻译.用SDS-PAGE分析翻译产物,他们发现有4～8个翻译产[5]物的水平在成熟过程中提高,其中一个是PG,而其他的功能未知.Slater等提取了成熟时的番+[6]茄poly(A)RNA,建立了cDNA文库.用绿熟期和完全成熟期番茄果实的cDNA作为探针进行差异杂交筛选,用此方法鉴定与成熟有关的cDNA克隆,其中有6个克隆编码的多肽,其分子量与Grierson体外
6、翻译的研究结果一致.将其中一条编码35KD蛋白的克隆命名为pTOM13,在番茄成熟过程中的绿熟期果实及叶受伤后,编码35KD蛋白质的mRNA的出现与乙烯合成量的增加相一致.用pTOM13作为探针在成熟、损伤未成熟的果实及受伤叶片的RNA中筛选出的mRNA,体外翻译时同样产生35KD的蛋白,但在未受伤的果和叶中,却未得到相应的蛋白.于[7]是Smith等提出,pTOM13可能是一个与乙烯生物合成有关的酶.用pTOM13cDNA作为探针对番茄的基因组DNA进行Southern杂交,结果表明,在番茄基因组中有低拷贝数目的基因与pTOM13结构相同.鉴定pTOM13是有关ACO
7、的第一个有突破性进展,它来自pTOM13的转化实验.Hamilton[8]等将pTOM13的1.1kb片段在CaMV35S启动子的控制下反义地转入番茄植物体内.在转基因植物体内,损伤的叶片或成熟的果实中与pTOM13同质的mRNA被大幅度降低,甚至难以测出.由于推测的pTOM13的氨基酸序列与黄烷酮-3-羟化酶的氨基酸有58%的同源性,因此Hamilton提出pTOM13编码的是乙烯形成酶,其催化模式与羟化酶类似,这与Yang等根据由羟化酶通过N-羟基-ACC作为中间体把ACC氧化成乙烯和氰基甲酸而提出的ACO反应机理相一致.最初试图在酵
