食品生物技术综述.doc

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1、利用基因工程技术延长果实保鲜期的研究进展摘要越变型果实在储藏、运输过程中容易因腐烂而造成经济损失。本文主要综述通过转基因或反义RNA技术，将乙烯生物合成与分解过程中所需酶的基因和细胞壁水解酶基因以及乙烯受体基因转化到植物体内，从而延长果实保鲜期的研究进展。SMf循环SAM脱拔58亍多胺(SAM)ACCBi化幌MACCmCOO®IACCI纭菌ACC脱氨81►a■酮基丁酸屮矗SAM合成醍SMM:MetS-甲基转移酶ACC氧化酶图1乙烯生物合成及SAM和ACC分流途径(根据來艳菇和谢安勇.1994：Arif等.19%Good等,1994;Mart

2、in等.1995a:Mudd等,1990:Y吨等.1984整理)1969年Pratt和Goeschel综述了乙烯(ethylene,ETH)在植物中的生理作用，指出乙烯是一种成熟激素。乙烯广泛存在丁植物的各种器官和组织中，对植物花果的成熟、衰老具有强烈的促进作用。1984年，Yang和Hoffman勾略出乙烯生物合成的Met循环途径。幼嫩的果实中乙烯含量极微，伴随着果实的膨大乙烯生物合成加速。乙烯引起果实内各种有机物质发生急剧的生化变化，使果实由硬变软。乙烯生物合成及SAM和ACC分流途径如上图1。多聚半乳糖醛酸酶（PG）是果实成熟过程中特异

3、性表达的细胞壁水解酶，参与果胶溶解，在果实软化中起作用。1ACC合成酶和ACC氧化酶1.1反义RNA技术反义RNA技术是根据碱基互补原理，利用人工或生物合成特异互补的DNA或RNA片段（或其修饰产物）抑制或封闭基因表达的技术，包括反义寡核昔酸技术、反义RNA技术和核酶（ribozyme）技术等［1,2］。RNA具有调节基因表达的功能［1］,Simonsetal进一步证实反义RNA在大肠杆菌质粒复制中具有识别和调节的功能。由此反义RNA技术研究得到重视。真核生物自然存在反义系统的发现，特别是Izanteted首次证实人工构建的反义寡核昔酸在真核

4、生物中具生物学效应以来，反义技义RNA技术术在真核生物中的研究才得以迅速发展。随其研究而发展形成的反义技术，提供了一种更为直接有效的人为控制基因表达的方法，而倍受生物学界关注。虽然其机理仍在探讨Z中，但利用反义RNA技术调控细胞内某些基因的表达來定向控制某些生物性状，己有不少成功报道。反义转基因番茄的商品化生产是一个典型例子。1.2ACC合成酶ACC合成酶是各组织及各生理过程中乙烯生物合成的关键酶。该酶于1986年首次从番茄果实中纯化，第一个ACC合成酶基因是从番茄果实的cDNA文库中分离得到的。至今为止己在众多植物中克隆了该酶基因。在番茄、

5、拟南芥菜和水稻中该酶基因还得到了定位。ACC合成酶以单体或二聚体甚至三聚体形式存在［3］,以单体存在吋活性较强。在化反应时较不易失活。单体分子量约在45~70KD左右。不同物种及同一物种的不同同工酶存在一定差异。ACC合成酶由多基因家族编码，不同因子可诱导该家族中不同成员表达，不同来源或同一來源的基因家族不同成员在序列上均存在8个保守区［4］,并且与氨基转移酶基因家族具有一定同源性。不同成员编码区长度与序列略有差异，非编码区同源性则很差［5］,内含子数冃并不保守。1.3ACC合成酶基因工程Oeller,etal.将ACC合成酶反义基因导入番茄

6、，所得转基因番茄的乙烯合成严重受阻（乙烯含量减少99o5%）,不出现呼吸高峰，绿熟呆实在大气屮或植株上可保存120d,只产生枯黄色，不变红，不变软，不产生香气；只有用外源乙烯处理后，果实方可成熟变软，并且产生与正常果实相同的颜色、香味和可压缩性。1994年，中国农业大学的研究人员将反义ACC合成酶基因转入/丽春0番茄，得到了乙烯释放量仅占未转化对照果10%的基因果。对照果转红15d后，基因果方呈绿黄色。进一步研究发现，转基因番茄的呆实和叶片呼吸强度明显受到抑制，基因果乙烯释放量为0,不岀现呼吸高峰，果实损耗率随之下降［6］。张永红等［7］从伤

7、诱的黄河蜜甜瓜成熟果实中克隆出了ACC合成酶cDNA片段，并将ACC合成酶反义基因成功导入黄河蜜甜瓜。1.4ACC氧化酶ACC在ACC氧化酶催化下生成乙烯。一般情况下该酶组成型表达，因而这一步骤并不是乙烯生成的限速步骤，但在果实成熟和组织培养过程中，它往往也是限速酶［3］,Malerba等发现ACC氧化酶（而不是ACC合成酶）是欧亚械（Acerpseudo-platanus）悬浮培养细胞乙烯生成的限速陋。一般来说，环境因子对乙烯生成的影响是通过调节ACC合成酶活性实现的，有研究表明伤害诱导乙烯生成时，ACC氧化酶活性上升。Kathiresan

8、等发现该酶活性及对应于该酶的mRNA含量变化存在昼夜节律。ACC氧化酶可能是单体［3］,分子量在40KD左右。现已证实ACC氧化酶也存在同工酶，其编码基因构成多基因