植物多胺代謝途徑研究進展

劉穎，王瑩，龍萃，張志毅，龐曉明

1 北京林業(yè)大學(xué)林木育種國家工程實驗室 林木花卉遺傳育種教育部重點實驗室，北京 100083

2 暨南大學(xué)生物工程學(xué)系，廣州 510632

植物多胺代謝途徑研究進展

劉穎1，王瑩2，龍萃1，張志毅1，龐曉明1

1 北京林業(yè)大學(xué)林木育種國家工程實驗室 林木花卉遺傳育種教育部重點實驗室，北京 100083

2 暨南大學(xué)生物工程學(xué)系，廣州 510632

多胺是一類小分子生物活性物質(zhì)，廣泛存在于生物體內(nèi)，與植物的生長發(fā)育、衰老及抗逆性都有著密切的聯(lián)系。目前，在植物中的多胺合成途徑已經(jīng)基本揭示，其生理作用在分子水平上逐步得到闡明。對多胺合成突變體和各種轉(zhuǎn)基因植物的研究也使得人們更深入地了解了多胺以及其合成代謝相關(guān)酶在植物生長發(fā)育等生理過程中的重要作用。以下概述了植物多胺代謝途徑，重點綜述了代謝途徑中各基因的功能及遺傳操作的最新進展，并對將來的研究方向尤其是相關(guān)基因在植物抗逆境 (包括生物和非生物逆境) 基因工程方面的應(yīng)用作了討論。

多胺，代謝途徑，生物合成途徑，抗病性，亞精胺合成酶

Abstract:Polyamine is an important physiological regulation substance functioning in a wide variety of biological processes,such as plant growth, development, senescence and adversity stress tolerance, which widely exist in all living organisms. Their biosynthetic pathways have already been revealed, and their physiological roles are being elucidated gradually. Previous work on polyamines biosynthetic deficiency mutants and various transgenic plants facilitates improved understanding of the important roles of polyamines and biosynthetic enzymes in plant growth and development. This paper summarizes researches in the biosynthetic pathways of polyamines in plants, focusing on research advances on functions of genes involved in polyamine metabolism. In addition, the potential research directions, especially the application of the genes in the genetic engineering of plant stress tolerance were also discussed.

Keywords:polyamines, metabolic pathway, biosynthetic pathways, disease resistance, spermidine synthase

多胺 (Polyamine，PAs) 是一類存在于原核生物及真核生物中的具有強生物活性的低分子脂肪族含氮堿。在植物中，它們不僅參與了各種生長發(fā)育過程[1]，還與抗逆性密切相關(guān)[2]。隨著生物科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新的實驗手段和儀器相繼出現(xiàn)，多胺的生理作用和功能也被進一步發(fā)現(xiàn)。高等植物體內(nèi)含有的多胺主要有：腐胺(Put)、亞精胺 (Spd)、精胺(Spm)、尸胺 (Cad) 及鯡精胺(Agm)等。除常見的多胺外，生物體內(nèi)還存在著稀有多胺，如降精胺(Nspm)、降亞精胺 (Nspd)、高精胺 (Hspm)、高亞精胺 (Hspd) 和熱精胺 (Tspm) 等。以前一直認為稀有多胺只存在于微生物體內(nèi)[3]，直到后來人們才陸續(xù)地在高等植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)稀有多胺的存在[4]。此外，除以上幾種稀有多胺，Hamana等[5]還在萍蓬草中發(fā)現(xiàn)了稀有多胺N,N’-二(3-氨丙基)-1,2-乙二胺(NH2(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)3NH2)，在菱角中首次發(fā)現(xiàn)了N4-甲基亞精胺(NH2(CH2)3N(CH3)(CH2)4NH2)。

目前，多胺的主要代謝和調(diào)節(jié)途徑已基本揭示[6]，與植物多胺生物合成相關(guān)的酶的基因相繼被克隆，并且獲得了一些轉(zhuǎn)基因植物[7]，同時也得到了一些多胺合成突變體，對這些轉(zhuǎn)基因植物和突變體的研究使得人們更深入地了解了多胺及其合成代謝相關(guān)酶在植物生長發(fā)育等生理過程中的重要作用。

1 多胺在植物體內(nèi)的代謝

1.1 多胺的生物合成

在大部分的生物體內(nèi)，多胺的合成始于腐胺的合成，精氨酸先脫去一分子脲生成鳥氨酸，再由鳥氨酸脫羧酶 (ODC) 催化脫羧，生成腐胺。在植物和某些微生物體內(nèi)，精氨酸被精氨酸脫羧酶 (ADC)催化脫羧，生成鯡精胺，再經(jīng)兩步酶促反應(yīng)，脫去一分子氨，由N-氨甲酰腐胺而生成腐胺。腐胺在亞精胺合成酶 (SPDS) 的催化下生成亞精胺，亞精胺一方面經(jīng)精胺合成酶 (SPMS) 催化生成精胺，另一方面經(jīng)熱精胺合成酶 (ACL5) 催化生成熱精胺。反應(yīng)過程中的氨丙基由 S-腺苷蛋氨酸脫羧酶(SAMDC) 催化 S-腺苷蛋氨酸 (SAM) 脫羧產(chǎn)生的脫羧 S-腺苷蛋氨酸 (dcSAM) 提供，整個合成代謝途徑如圖1所示。

圖1 植物主要多胺生物合成途徑及與之相關(guān)的合成酶Fig. 1 Biosynthetic pathways of polyamines in plants. ACC:1-aminocyclopropane carboxylic acid; SAM: S-adenosylmethionine;dcSAM: decarboxylated S-adenosylmethionine; SAMDC:S-adenosylmethionine decarboxylase; ADC: arginine decarboxylase; ODC: ornithine decarboxylase; SPDS: spermidine synthase; ACL5: thermospermine synthase; SPMS: spermine synthase.

1.2 多胺的分解代謝

多胺的分解代謝是通過二胺氧化酶 (DAO) 和多胺氧化酶 (PAO) 的氧化作用實現(xiàn)的。二胺氧化酶是一類含銅酶，催化二胺腐胺和尸胺氧化分解，它催化腐胺生成4-氨基正丁醛、H2O2和氨。DAO在雙子葉植物中含量水平較高，但至今僅在少數(shù)幾個物種中發(fā)現(xiàn)其編碼基因[8]。與DAO不同，PAO以非共價鍵與FAD相連，在單子葉植物中有較高的水平[9]。PAO有多個家族，它們的作用或是氧化多胺生成代謝終產(chǎn)物，或是催化多胺合成的逆反應(yīng)。第 1類PAO，如小麥 PAO，催化亞精胺和精胺氧化分解分別生成4-氨基正丁醛或3-氨丙基-4-氨基正丁醛，同時生成1,3-丙二胺 (Dap) 和H2O2[8]。第2類PAO，如擬南芥PAO1和PAO4，類似于哺乳動物精胺氧化酶 (SMO)，催化精胺生成亞精胺，擬南芥PAO3可以催化精胺生成亞精胺，再生成腐胺[10]。第 3類PAO也具有相似的多胺氧化酶結(jié)構(gòu)域，但并不催化多胺的脫氨基作用[10]。

多胺的代謝與植物體內(nèi)許多其他代謝途徑有著密切的聯(lián)系，包括信號分子的生成和植物脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)等。多胺合成途徑中的S-腺苷蛋氨酸同時也是乙烯合成的前體，它在ACC合成酶 (ACS) 的催化下生成 1-氨基環(huán)丙烷羧酸 (ACC)，再經(jīng) ACC氧化酶 (ACO) 作用生成乙烯，許多研究顯示多胺和乙烯的合成存在競爭作用[11-13]。多胺的代謝也影響著植物體內(nèi) NO的產(chǎn)生[14]，這使得多胺與其他介導(dǎo)植物應(yīng)激反應(yīng)的物質(zhì)聯(lián)系起來。此外，多胺氧化產(chǎn)生的 H2O2與植物在生物與非生物脅迫中的信號傳遞[15]、脫落酸誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉[8,16]等都有著密切的聯(lián)系。因此，將多胺在植物體內(nèi)的代謝與植物激素以及信號物質(zhì)的作用聯(lián)系起來，對于研究多胺在植物生長發(fā)育、逆境脅迫中的作用是很有意義的。

2 多胺代謝途徑中基因的功能

從多胺的生物代謝途徑中可以看出，精氨酸脫羧酶 (ADC)、鳥氨酸脫羧酶 (ODC)、S-腺苷蛋氨酸脫羧酶 (SAMDC)、亞精胺合成酶 (SPDS)、精胺合成酶 (SPMS) 和熱精胺合成酶 (ACL5)，以及二胺氧化酶 (DAOs) 和多胺氧化酶 (PAOs) 都是植物體內(nèi)多胺合成和分解代謝過程中的關(guān)鍵酶，關(guān)于這些關(guān)鍵酶的基因克隆、定位及其表達分析將有助于人們從分子水平上揭示多胺調(diào)控高等植物生長發(fā)育的本質(zhì)，并可能通過轉(zhuǎn)基因手段調(diào)控植物的生長發(fā)育。

2.1 精氨酸脫羧酶基因

精氨酸脫羧酶 (ADC) 催化底物精氨酸合成鯡精胺，繼而轉(zhuǎn)化為腐胺。利用多抗免疫檢測煙草中精氨酸脫羧酶的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其在煙草所有的器官中均存在[17]。關(guān)于ADC基因的研究普遍顯示它的表達與植物在鹽脅迫、干旱脅迫下的反應(yīng)有關(guān)，主要是提高了腐胺的積累量。當(dāng)野生型擬南芥遭受干早或鹽脅迫時，受脅迫誘導(dǎo)的精胺酸脫羧酶基因(AtADC2) 可以調(diào)節(jié)植株體內(nèi)腐胺的積累量[18]，而AtADC2突變體對鹽脅迫敏感，外源施加腐胺可以緩解。LIU等[19]研究發(fā)現(xiàn)蘋果愈傷組織在鹽脅迫下雖然腐胺含量增加，但只有外源施加腐胺才能夠緩解脅迫帶來的損傷，作者推測這可能是由于內(nèi)外源腐胺具有不同的代謝區(qū)室所造成的，但也有人認為是由于內(nèi)源的腐胺并未達到向亞精胺和精胺轉(zhuǎn)化的臨界值，因而不能起到保護植物的作用[20]。ADC基因在多種植物和微生物中都已經(jīng)被克隆出來[21-22]，但從不同植物中克隆的ADC基因及其編碼的蛋白不完全相同。ADC基因mRNA具有較長的非翻譯序列，如番茄的ADC基因3′端有530 bp的非轉(zhuǎn)錄區(qū)[21]，而豌豆ADC基因的mRNA 非翻譯區(qū)前導(dǎo)序列達到了557 bp[22]。此外，ADC基因mRNA的含量在環(huán)境脅迫下變化不大[23]，而精氨酸脫羧酶活性升高很多，這也與Liu等[13]在桃果實成熟過程中觀察到的ADC的表達與ADC活性變化關(guān)系結(jié)果一致，因此可以推測ADC的前導(dǎo)序列有可能是調(diào)控ADC反應(yīng)的識別區(qū)，在翻譯水平上調(diào)節(jié)基因的表達，這說明ADC可能存在翻譯后的調(diào)節(jié)。多項轉(zhuǎn)基因的研究結(jié)果顯示，過表達ADC基因可以提高植物的抗鹽性和抗旱性，如Roy和Wu[24]以誘導(dǎo)型啟動子構(gòu)建燕麥ADC基因載體，導(dǎo)入水稻植株，獲得的轉(zhuǎn)基因植株抗鹽性明顯提高。Capell等[20]研究發(fā)現(xiàn)過表達曼陀羅ADC基因的水稻，亞精胺和精胺水平提高，耐旱性增強。但是，也有研究顯示植物體內(nèi)過高的ADC水平對植物生長不利，轉(zhuǎn)燕麥ADC基因的水稻，在誘導(dǎo)型啟動子的控制下表現(xiàn)出抗旱性，但是組成型的表達嚴(yán)重影響其生長發(fā)育[25]，這可能是由于產(chǎn)生了過多的腐胺，對植物體造成了毒害。擬南芥中過表達AtADC2，出現(xiàn)了矮化、赤霉素 (GA) 缺乏和開花遲等現(xiàn)象，表明腐胺的增加抑制了赤霉素的合成[26]。在柑橘中過表達來源于枳的PtADC基因?qū)е掳⑷~片氣孔密度變低，并極顯著地提高了對潰瘍病的抗性[27]。

2.2 鳥氨酸脫羧酶基因

鳥氨酸脫羧酶 (ODC) 廣泛存在于動物組織細胞，是一種磷酸吡哆醛依賴性酶，催化鳥氨酸直接生成腐胺。ODC基因在某些植物中表達并不明顯，Hanfrey等[28]在煙草的懸浮培養(yǎng)細胞中就沒有檢測到ODC的活性，在擬南芥中甚至并未發(fā)現(xiàn)ODC基因?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的不同植物中的ODC基因有著較高的同源性，喬夢吉[29]從檉柳中分離了ODC片段，片段序列與辣椒等植物 ODC基因的序列一致性在 87%以上?，F(xiàn)有的研究表明，ODC基因主要在旺盛分裂的分生組織及繁殖器官中大量表達，Tiburcio等[30]發(fā)現(xiàn) ODC是在番茄果實成熟前期多胺合成的關(guān)鍵酶，最近的研究又在根冠、皮層薄壁細胞、中柱的膨大細胞中發(fā)現(xiàn)ODC的轉(zhuǎn)錄物，表明ODC與細胞的膨脹有關(guān)。ODC的表達在桃果實成熟過程中與ADC有相似的趨勢[13]，而在非生物脅迫下，其變化趨勢與 ADC不盡相同[22,26]。出乎意料的是，ODC基因在蘋果各組織包括果實中的表達量非常低，用地高辛標(biāo)記進行Northern雜交檢測不到ODC的表達[31]。RT-PCR也未檢測到其表達，嘗試多種方法未能獲得其全長基因 (龐曉明，未發(fā)表資料)。研究顯示，ODC 基因在受到生物脅迫[32]或損傷[33]時，其轉(zhuǎn)錄水平會有所上升。Yoo等[33]根據(jù)辣椒CaODC1基因的研究提出 ODC基因可能參與不依賴于水楊酸，而依賴于茉莉酸或乙烯的抗病毒和細菌的途徑。關(guān)于ODC基因的轉(zhuǎn)化實驗也有報道，在煙草中組成型表達小鼠的ODC基因，提高了腐胺的含量，轉(zhuǎn)基因植物抗鹽性提高[34]，但是過高的ODC活性使得植物體內(nèi)腐胺過度積累，從而影響了植物的正常生長[35]。也有實驗顯示高表達的ODC 基因mRNA和酶水平并不能引起體內(nèi)多胺含量成比例的增高[36]，這也進一步說明了基因表達量的高低和酶活性的強弱同時受到其他許多因素的共同調(diào)節(jié)。

2.3 S-腺苷蛋氨酸脫羧酶基因

S-腺苷蛋氨酸脫羧酶 (SAMDC) 催化S-腺苷蛋氨酸生成脫羧S-腺苷蛋氨酸，為多胺的生成提供氨丙基。動物SAMDC很早就被純化且基因得到鑒定，但由于植物與動物的同源性較低，直到1994年Arif等[37]才在馬鈴薯上克隆出 SAMDC基因。隨后又在火炬松[38]、桃[13]等許多木本植物中得到克隆，林佳[39]從柑橘愈傷組織中分離獲得 SAMDC基因片段。植物的SAMDC基因有很長的5′非翻譯區(qū) (5′-UTR)，其中有 2個重疊的開放閱讀框 (uORFs) 即微小uORF和小uORF，小uORF在植物中是保守的，研究表明小 uORF編碼的多肽在多胺過多的情況下會抑制主uORF的翻譯，而在多胺水平過低的情況下，微小uORF可以抑制小uORF的表達，從而使得主uORF的得到翻譯，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多胺含量[40]，從SAMDC基因的翻譯調(diào)控模式可以看出它的翻譯調(diào)節(jié)對植物體內(nèi)多胺的穩(wěn)態(tài)有著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫中、脅迫后的愈傷組織中 SAMDC的表達量均有上升，并且與膜受傷害程度的表現(xiàn)一致，這說明在脅迫中愈傷組織通過提高 SAMDC的表達來提高體內(nèi)多胺的含量以適應(yīng)逆境環(huán)境，脅迫后 SAMDC表達量的提高可能是由于植物體為消除體內(nèi)過多的腐胺，減少腐胺對植物的毒害而作出的反應(yīng)。Waie和Rajam[41]將人類的SAMDC 基因轉(zhuǎn)入煙草，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的亞精胺和腐胺含量得到提高，不僅抗鹽、抗旱能力增強，而且抗真菌引起的萎蔫能力也得到增強。趙玲玲[42]將蘋果MdSAMDC2基因?qū)霟煵蒹w內(nèi)，提高了煙草的抗鹽性、抗寒性、抗旱性等非生物逆境的抗逆性。

2.4 亞精胺合成酶基因

亞精胺合成酶 (SPDS) 催化腐胺生成亞精胺，擬南芥中有 2個亞精胺合成酶基因，SPDS1和SPDS2，Imai等[43]通過T-DNA插入突變得到了這兩個基因的突變體，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)其中任何一個基因單獨發(fā)生突變時，植物仍能夠正常生長，而當(dāng)2個基因同時突變時，對于胚胎是致死的，這說明了 SPDS在植物胚胎發(fā)育中起著重要作用。SPDS基因的表達似乎受到脫落酸的調(diào)節(jié)，一方面SPDS基因的表達與脫落酸的含量相一致[46]，另一方面有實驗表明在脫落酸缺乏的植物中，即使在脅迫下 SPDS基因的表達水平也不會提高[45]。SPDS基因與植物響應(yīng)逆境脅迫也有著密切的聯(lián)系，許多實驗表明植物在受到干旱脅迫、鹽脅迫、低溫脅迫和重金屬脅迫時SPDS的表達量會增加[44-47]。近年來，SPDS的轉(zhuǎn)基因研究不僅在農(nóng)作物抗旱、抗寒、抗鹽、抗除草劑等多種抗逆性方面[48]，而且在林木抗逆性的研究上也取得了不少的成果。Wen等[49]將蘋果SPDS基因轉(zhuǎn)入西洋梨中，提高了內(nèi)源亞精胺的含量，在多種脅迫下表現(xiàn)出較強的抗逆性。劉佳[50]將 MdSPDS1基因轉(zhuǎn)入柑橘，轉(zhuǎn)基因植株在逆境下的生理指標(biāo)檢測表明，MdSPDS1基因轉(zhuǎn)入柑橘后游離亞精胺含量和游離精胺含量占游離多胺總含量較對照提高，并能有效地提高轉(zhuǎn)基因植株對低溫逆境和高溫逆境的抗性。作者研究組成功地將 MdSPDS1基因轉(zhuǎn)入優(yōu)良毛白楊株系[51]，并證實轉(zhuǎn)基因毛白楊在濃度為200 mmol/L NaCl的培養(yǎng)基中能正常生長 (龍萃等，未發(fā)表資料)，還發(fā)現(xiàn)其具有更高的重金屬抗性 (龐曉明，未發(fā)表資料)。此外，劉婷婷[52]將蘋果MdSPDS1基因轉(zhuǎn)入煙草，轉(zhuǎn)基因植物體內(nèi)亞精胺含量增加，并且耐鹽性和抗煙草花葉病毒的能力均得到了提高。

2.5 精胺合成酶基因

精胺合成酶 (SPMS) 催化亞精胺與氨丙基結(jié)合生成精胺。SPMS與SPDS有著較高的同源性，系統(tǒng)進化分析的結(jié)果顯示SPMS可能起源于SPDS[53]。SPMS被認為能在高鹽和干旱脅迫下對生物體起保護作用[20,54]，植物受到干旱和高鹽等脅迫時，精胺高水平積累是一個普遍現(xiàn)象[55-57]。Yamaguchi等[58]在與野生型擬南芥比較干旱敏感性時發(fā)現(xiàn)，這種精胺缺失突變體同樣對干旱超敏感，干旱超敏性僅可為外源精胺恢復(fù)，其他多胺如腐胺和亞精胺則不能，從而表現(xiàn)出精胺所特有的專一性。鹽脅迫導(dǎo)致精胺積累可歸因于 SPMS基因受鹽脅迫的誘導(dǎo)[18]，精胺可能是通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi) Ca2+的水平，排出細胞質(zhì)中過多的 Na+使植物適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境[59]，Imai等[60]通過T-DNA插入方法獲得并研究擬南芥SPMS基因缺失突變體 (spm-l) 和精胺合成酶基因雙突變體(acl5/spm-l )時發(fā)現(xiàn)，spms-1突變體中SPMS的表達量并不改變，即使經(jīng)過精胺處理 SPMS的轉(zhuǎn)錄水平也并未明顯降低，這說明 SPMS的表達并不受精胺的反饋調(diào)節(jié)。SPMS的轉(zhuǎn)錄缺乏負反饋調(diào)控的原因可能是 SPMS對于正常生長并不是必需的，也有可能是 SPMS的表達在轉(zhuǎn)錄后水平受精胺調(diào)控。在正常的營養(yǎng)條件下 spm-l表現(xiàn)正常，acl5/spm-l除 ACL5突變引起矮化表型外，也能像野生型一樣完成整個生活周期，因而研究者認為精胺不是擬南芥生存所必需的，至少在正常的生長條件下不是必需的。

2.6 熱精胺合成酶基因

1997年，Hanzawa等[61]識別和鑒定了擬南芥ACAULIS5隱性突變體，此基因的突變是擬南芥acaulis5矮小的原因，之后有報道認為ACL5基因是精胺合成酶基因[62]。最近研究發(fā)現(xiàn)，ACL5并不是精胺合成酶，而是熱精胺合成酶，它催化亞精胺生成熱精胺[63]。擬南芥 ACL5功能缺失突變體莖的伸長具有嚴(yán)重的缺陷[62]。遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究均顯示，熱精胺可防止木質(zhì)部導(dǎo)管分子的過早成熟和死亡[66]，這也很可能是acl5突變體由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)運輸和木質(zhì)纖維支撐而表現(xiàn)矮小的原因。Hanzawa 等[64]利用RNA印跡研究發(fā)現(xiàn)，ACL5基因的表達受生長素的正調(diào)控，并且鑒定了一個位于ACL5上游調(diào)控序列中的生長素應(yīng)答順式作用元件，acl5突變體頂端分生組織的增殖和節(jié)間細胞伸長受到抑制很有可能是由于 ACL5介導(dǎo)的應(yīng)答生長素的途徑出現(xiàn)了問題。Imai等[65]鑒定了顯性突變體sac51-d的相關(guān)基因，這個突變體幾乎可以完全恢復(fù)acl5的矮化性狀，原因可能是ACL5在激活SAC51翻譯中起作用，而SAC51的表達可能激活其他與莖伸長有關(guān)的基因的表達。為了闡明 ACL5在維管發(fā)育過程中的作用，Mu?iz等[66]研究了擬南芥持續(xù)生長階段有著明顯次生生長的子葉下胚軸的維管組織，證明了 ACL5不僅在下胚軸和花序莖中表達，而且在某個特定的發(fā)育階段在木質(zhì)部導(dǎo)管分子中特異表達，這暗示了 ACL5在木質(zhì)部分化中起作用。Clay等[67]對 ACL5基因突變體 tkv的研究發(fā)現(xiàn)，其葉片維管束增大，葉脈加厚，生長素的極性運輸受到影響。從 ACL5基因的功能來看，它對眾多的陸生植物的正常發(fā)育起著非常重要的作用。ACL5基因受熱精胺負反饋調(diào)控的機制至今尚不清楚，對于一系列 sac突變體以及相關(guān)基因的研究也許能夠幫助我們揭示 ACL5基因的功能模式。本實驗室已經(jīng)成功分離出毛白楊A(yù)CL5基因cDNA，并得到了12株表達量不同的 ACL5過表達煙草植株，現(xiàn)有的實驗結(jié)果顯示 ACL5基因還與煙草不定根的形成有著一定的聯(lián)系 (劉穎和龐曉明，未發(fā)表資料)。

2.7 多胺氧化酶基因

多胺的氧化可以產(chǎn)生H2O2，H2O2在植物應(yīng)對生物脅迫中起到信號分子的作用，接種煙草花葉病毒的煙草細胞凋亡正是由多胺氧化產(chǎn)生的 H2O2介導(dǎo)的[68]。另外，多胺氧化產(chǎn)生的H2O2與植物發(fā)育過程中細胞壁成熟、木質(zhì)化以及病原體入侵時傷口修復(fù)和細胞壁加固有密切聯(lián)系[8]，但是植物體內(nèi)過高的多胺氧化酶 (PAO) 活性產(chǎn)生的高水平的 H2O2不能實現(xiàn)對脅迫應(yīng)答基因的誘導(dǎo)[69]。植物PAO cDNA首先在單子葉植物玉米中分離出來[70]，2006年，Kitashiba等[71]在蘋果中分離出2個PAO cDNA，分別為MdPAO1和MdPAO2a，并且分析了它們的表達模式。在蘋果懸浮細胞中，MdPAO的表達在細胞成熟衰老時期最高，顯示這些基因的表達可能與細胞的成熟和衰老有關(guān)。Yoda等[32]分離了煙草的 PAO基因，建立了 RNAi細胞系，發(fā)現(xiàn)在此細胞系中多胺不降解，而是分泌到培養(yǎng)基中，H2O2的產(chǎn)生也極少，細胞凋亡受到抑制。

3 展望

多胺廣泛存在于生物體內(nèi)，它們在植物中的合成途徑已經(jīng)基本揭示，多胺的生理作用在分子水平上逐步得到闡明。在此基礎(chǔ)上，對多胺代謝途徑中關(guān)鍵酶基因的遺傳操作研究為闡明它們的功能提供了非常有價值的信息，對了解植物體內(nèi)不同種類多胺含量的平衡具有重要的意義，關(guān)于多胺分解代謝的研究將有助于我們對植物細胞內(nèi)多胺穩(wěn)態(tài)的了解[72-73]。近些年來發(fā)展的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)的研究方法將有助于人們揭示多胺在信號傳遞網(wǎng)絡(luò)中的重要作用。多胺代謝途徑中關(guān)鍵酶基因在植物體內(nèi)的過量表達能大幅提高植物的抗逆性，在植物抗逆境基因工程中具有重要的應(yīng)用前景。目前的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炑芯慷鄶?shù)集中在植物對非生物脅迫的抗性上，對生物脅迫的研究較少，但是現(xiàn)有的工作還是取得了一些成果，這些研究表明在生物脅迫下多胺含量的變化可提高植物抗性，因此這方面的工作今后也許應(yīng)該受到更多的重視。另外，將對模式植物的研究結(jié)果推廣到其他植物中，取得田間實驗的證據(jù)，是當(dāng)前通過調(diào)節(jié)多胺含量提高植物抗逆性育種的一項重要挑戰(zhàn)。

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由于直線電機牽引運載系統(tǒng)的特殊性，直線電機與感應(yīng)板之間的垂直方向最大存在50 kN的相互吸力。在交變吸力的作用下，直線電機出現(xiàn)垂向吊桿橡膠關(guān)節(jié)老化，以及垂向吊桿斷裂的現(xiàn)象，從而引起直線電機下沉，導(dǎo)致多起直線電機與感應(yīng)板之間的接觸碰撞發(fā)生，造成直線電機和感應(yīng)板之間損傷，影響地鐵線路的正常運營。在我國廣州地鐵4號線首次引進并成功運用了日本的直線電機牽引運載系統(tǒng)。為了實時在線監(jiān)測氣隙的變化，以及實現(xiàn)系統(tǒng)對超出限值自動報警，廣州地鐵集團有限公司與我國相關(guān)企業(yè)共同攻關(guān)，相繼研發(fā)了廣州地鐵4、5、6號線直線電機氣隙在線監(jiān)測系統(tǒng)。

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Metabolic pathway of polyamines in plants: a review

Ying Liu1, Ying Wang2, Cui Long1, Zhiyi Zhang1, and Xiaoming Pang1
1 National Engineering Laboratory of Tree Breeding, Key Laboratory of Genetics and Breeding in Forest Trees and Ornamental Plants of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2 Department of Bioengineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China

Received: May 13, 2010; Accepted: October 20, 2010

Supported by: National Natural Science Foundation of China (No. 30872223), National High Technology Research and Development Program (863 Program) (No. 2009AA02Z111).

Corresponding author: Yigang Tong. Tel: +86-10-66948407; E-mail: tong.yigang@gmail.com

國家自然科學(xué)基金 (No. 30872223)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 (863計劃) (No. 2009AA02Z111) 資助。