高等植物果聚糖合成途径、相关基因和功能的研究进展

Ｃｈｉｎｅｓｅ

１８６

Ａ酊ｃｕｌｔｕｒａｌ

ＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎＶ０１．２３Ｎｏ．９

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅａｓｂ．ｏｒｇ．ｅｎ

２００７Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ

高等植物果聚糖合成途径、相关基因和

功能的研究进展

李慧娟?，孙建全：，李俊峰３

（?山衮科技大学化学与环境工程学院，青岛２６６５１０；ｚ山东省农业科学院菪牧兽医研究所，济南２５０１００

３青岛科技大学化工学院，青岛２６６０４２）

摘要：果聚糖是由蔗糖与一个或多个果糖基相连接的聚合物，是一类重要的碳水化合物和渗透调节

物质，可提高植物的抗逆性；果聚糖还是一类重要的功能性食品，对人体健康有多种促进作用。植物是

果聚糖的主要来源，其合成过程涉＿及到多种果糖基转移酶，不同的果糖基转移酶组合形成不同类型的

果聚糖。较为系统地综述了高等植物果聚糖合成的代谢路径、相关基因、果聚糖的功能及应用前景等

方面钓研究进展。

关键词：高等植物；果聚糖；果糖基转移酶；抗逆性中图分类号：Ｑ９４３

２

文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｏｆＦＦｕｃｔａｎＢｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＲｅｌｅｖａｎｔＧｅｎｅＳａｎｄ

ｉｔｓＦｕｎｃｔｉｏｎｉｎＨｉｇｈｅｒＰ１ａｌｌｔｓ

ｕＨｕｔｊｕａｎｌ，ＳｕｎＪｉａｎｑｕａｎ２，ＬｉＪｕｎｆｅｎｇｚ

（’ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳＵＳＴ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５１０；

２Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｖｅｔｅｒｉｍｌｒｙ朋Ｆ出ｃｉＭ．ＳＡＡＳ．Ｊｉｎａｎ

２５０１００；

ｓＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱＵ乳Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０４２）

ｓｔａｒｔ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｍｃｔａｎｓ，ｏｒｐｕｌｙｆｍｃｔｏｓｙｔｓｕｃｒｅｓｅｓ，ａｒｅｆｒｕｃｔｏｓｅｐｏｌｙｍｅｒｓｔｈａｔ

ｒｅｓｅｒｖｅ

ｆｒｍ．ＳＵＣＦＯＳＣ．。ｌｌｔｃｙ

ａｎ：ｍ”ｊｕｒ

ａｒｅ

ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｓａｎｄｏｓｍｏｌｙｔｅｓ，ｗｈｉｃｈｒｅｎｄｅｒｐｌａｎｔｓｔｏｌｅｒａｎｔ

ａｓ

ｔｏ

ｖａｒｉｏｕｓｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ｆｒｕｅｔａｎｓ

ａｌｓｏ

ｒｅ—

ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ

ｓｏｕｒｃｅ

ｈｅａｌｔｈｙｆｏｏｄｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｍｏｔｅｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈｉｎｄｉｖｅｒｓｅｗａｙｓ．Ｐｌａｎｔｉｓｔｈｅ

ｍａｊｏｒ

ｏｆｆｒｕｅｔａｎｓ．Ｖａｒｉｏｕｓ

ｃａｎ

ｆｒｕｃｔｏｓｙｈｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓ

ｗｅｒｅｒｅｌａｔｅｄ

ｔｏ

ｆｒｕｃｔａｎ

ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｕｅｔａｎ

ｍｏｌｅｃｕｌｅｓｂｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｃｅｒｔｅｄａｃｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｕｃｔｏｓｙｈｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓ

ＷｅＴｅ

Ｆｒｕｃｔａｎｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

ｐｍｈｗａｙ。ｒｅｌｅｖａｎＩｇｅｎｅｓａｎｄｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎｂｒｉｅｆｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｒｔｉｃｌｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈｅｒｐｌａｎｔｓ，Ｆｒｕｃｔａｎ．Ｆｒｕｃｌｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ．Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ

果聚糖（斤ｕｃｔａｎ）与淀粉和蔗糖相似，也是一种重要的贮藏性碳水化合物，大约１５％的被子植物以

朵聚糖作为主要的碳水化合物，包括约４００００个物种，主要分布在菊科、禾本利和百合科。与微生物来源的果聚梆｝相比，植物果聚糖的结构和类型较为复杂，根措糖苜键的类型划分，植物的果聚粳；主要柯五种类弛：线理菊龄掇果聚糖（１ｉｎｅａｒ

ｉｎｕｌｉｎ—

线型梯牧草型果聚糖（Ｉｉｎｅ“ｒ

ｌｅ口ａｌｌ，叫ｍｅｆｒａｃｔａｎ）、混

合型梯牧草型果聚糖（ｎｔ妇ｄｌｅｖａｎ）和梯牧草型果聚糖

新生系列（１ｅｖａｎｎｅｏｓｅｒｉｅｓ），主要存在于禾本科植物。

植物果聚糖的合成路径比较复杂，涉及到多种果糖基

转移酶，不同的组合产生不同类型的柴聚糖Ⅲ。果聚糖作为一利?渗透调节物质，在提高植物的抗寒日、抗旱纠乃至抗盐Ｈ１等方坷发挥重要作用。此外，果聚糖作为一种功能性食品，在食品、医药领域得到了广泛的应用开发，低聚合度的果聚糖是～种低热量值的食品原料和

ｃⅧｅ／ｒｌｚｔ．ｎ），主要存在于菊科植物；菊糖型果聚糖新生系列（ｉｎｕｌｉｎｎｅｏｓｅｒｉｅｓ），主要存在于百合科植物；

基金项目：国家自然科学琏金珂ｉ列“肌醇和磷脂酰肌醇在不同酵母菌种不同胞外酶分泌灞控叶ｌ的计：用”（３０３７００１５）。

第一作者简介；李慧娟，女．１９７０年出！Ｌ，博士，讲帅，主要从率分子生物学方面的研究。通信地址：２６５５１０山东省青岛ｒＨ经济技术开发区前湾港路

５７９号山东科技＝＿Ｉ＿＝学化学与环境Ｔ粗学院。Ｔｅｌ：０５３２—８６０５７８１３．０５３２—８６０５７１０５。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｉｊｕａｎ８８ｆｉ６＠ｓｉｎａ收稿日期：２００７—０７一０８．修回口ｊ｜｜：｜：２００７—０７—２４。

ｃｏｎ）。

中回簋孝磕强第２３卷第９期２００７年９月

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｓｂ．ｏｒｇ．ｃｎ

１８７

食用甜味剂；较高聚台度的果聚糖是一种纤维型的益生素（ｐｒｅｂｉｏｔｉｃｓ），对人体健康有促进作用昀。１植物果聚糖的合成代谢

果聚糖的合成是以蔗糖作为果糖基的供体，在不

蔗糖溶液中进行温育，结果检测到了聚合度１３咀上的果聚糖ｏ％此外，将编码１－ＳＳＴ和１．ＦＦＴ的ｅＤＮＡ转入碧冬茄

（Ｒｅｔｕｎｉｏｈｙｂｒｉｄａ）ｉｎ］和马铃薯（Ｓｏｌｏｎｕｍｔｕｂｅｒｏｓｕｍ）｛Ｊ２】，

在转基因碧冬茄和马铃薯中均检测到了高分子量的果聚糖。

随着酶分离纯化技术的不断完善，许多果糖基转移酶被分离和纯化，酶的催化特性和酶学特征得到了系统研究，果聚糖合成模型不断完善。Ｖｉｊｎ和Ｓｍｅｅｋｅｎｓ（１９９９）根据已分离纯化的果糖基转移酶，如１－ＳＳＴ、１－ＦＦＴ、蔗糖：果聚糖．６．果糖基转移酶（ｓｕｃｒｏｓｅ：

ｆｒｕｅｔａｎ

同组合的果糖基转移酶催化下合成不同类型的果聚

糖，没有磷酸化或核苷酸辅助因予的参与［６１。Ｅｄｅｌｍａｎ

和Ｊｅｆｆｏｒｄ（１９６８）在对菊芋∞ｅｌｉａｍｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓ）块茎

中果聚糖代谢的定性研究中，提出了一个最早也是最经典的果聚糖台成代谢模型。该模型认为菊糖型果聚糖的整个代谢过程涉及两个酶；即蔗糖：蔗糖．１．果糖基转移酶（ｓｕｃｒｏｓｅ：ｓｕｃｒｏｓｅ

１－ｆｒｕｅｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，

６．ｆｉ－ｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ．６－ＳＦＴ）、果聚糖：果聚糖

１．ＳＳＴ【ＥＣ２．４．１．９９】）和果聚糖：果聚糖．１一果糖基转移酶（ｆｒｕｅｔａｎ：ｆｍｃｔａｎ１－ｆｒｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，１－ＦＦＴ【ＥＣ２．４．１，１００］），前者将一个蔗糖分子上的果糖基转移到

．６一果糖基转移酶（６Ｇ．ｆｒｕｃｔａｎ：ｆｒｕｃｔａｎｆｒｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓ—ｆｅｒａｓｅ．６Ｇ－ＦＦＴ），提出了植物体中不同类型果聚糖合

成的模型㈣。该模型（图１）表明，蔗糖在１．ＳＳＴ的作用

下生成蔗果三糖，ｌ＿ＦＦＴ在蔗果兰糖的基础上延伸碳链，形成菊糖型果聚糖，即类似丁ｉ＿ｒＥｄｅｌｍａｎ和Ｊｅｆｆｏｒｄ（１９６８）提出的模型。菊糖型果聚糖新生系列的合成主要涉及１－ＳＳＴ和６Ｇ、ＦＦＴ；Ｓｈｉｏｍｉ（１９８１）首次报道了６Ｇ．ｎ可能将１．蔗果三糖上的果糖基转移到蔗糖分子中葡萄糖基的ｃ６位上，以Ｂ（２—６）键相连，形成新蔗果三糖，这是６Ｇ－ＦＦＴ的特异性反应㈣；酶学研究表明６Ｇ－ＦＦＴ还具有延跃碳链的活性，即以低聚合度的菊糖型果聚糖为果糖基的供体，以蔗糖或低聚合度的果聚

另一个蔗糖分子果糖基的ｃｌ位上，生成１．蔗果三糖

（ＧＦ十ＧＦ—ＧＦＦ十Ｇ），这是一步不可逆反应过程：后者将蔗果三糖（或ＤＰ≥３的果聚糖）上的果糖基转移到蔗糖或另一个果聚糖分予ｌ二（ＧＦｎ＋ＧＦｍ＊－－－－’＿ＧＦ（ｎ＋１）州３Ｆ（ｍ．１），其中ｎ≥１，ｍ≥２），生成不同聚合度的果聚糖，这是一步可逆反应。在１－ＳＳＴ和１．ＦＦＴ的协同作

用下形成不同链长的果聚糖Ⅲ。果聚糖聚合度的大小主要由１－ＦＦＩ＂的特性所决定［７１。研究发现１－ＳＳＴ和

Ｉ－ＦＦＴ的酶学特征是不同的：如１－ＳＳＴ不能催化聚合度大于５构果聚糖合成，而１－ＦＦＴ不能催化果聚糖合成的起始反应，即不能利用蔗糖生成蔗果三糖：１一ＳＳＴ

糖为果糖基的受体，延伸果聚糖碳链．合成菊糌型果臻

糖新生系列。将来自洋葱０Ｉｌｉｕｍｃｅｐａ）的６Ｇ．ＦＦＴ基因转入菊苣（Ｃｉｃｈｏｒｉｕｍｉｎｔｙｂｕｓ），在转基因菊苣体内不仅检测到了内源的菊糖型粜聚糖，还检测到了较高聚合度的菊粘型果聚糖新生系列㈣。

构催化反应需要较高浓度的蔗糖，而高浓度的蔗糖抑

制Ｉ－ＦＦｒ延伸果聚糖的碳链［８，９１。Ｋｏｏｐｓ和Ｊｏｎｋｅｒ（１９９６）将从菊芋块茎中纯化的１－ＳＳＴ和１一ＦＦＴ放在

ＩⅢｎｎｅｏｊ叫ｓ，’∞∞

一……錾９９鳓艄寰

■

１‘旦。ｍ㈣＾ｎｅ∞ｅｍ，

ａ协｛ｔ

裟２黧麟㈣。：篓鳓稚黑§警邑三警

＋Ｓ噼；昏Ｓ『Ｔ

ｔ

＋９ｕ：：６Ｇ－ＦＦＴ

ｍｉ＇ｔｅｄｔ肿●ｅｎ”

ｐ擘－１｝ａ州ｄ圩啕

崩黼Ｒ芒ｏ！Ｓ罄

’、。

?

。∥吖

，

’－，Ｊ

…?巾Ｉｘ酣ｔｙｐｅｋ””

＇?阡Ｆ

ＦＥＨ

ｔ

６＋河

１?ＦＦＴ

ｊ：２ｔｌｊ∞■ｊ凸６）

Ｉｅｖ甜１

￡浩鹄

图１ｖｉｊｎ和Ｓｍｅｅｋｅｎｓ（１９９９）的果聚糖代谢模型

禾本科植物的果聚糖类型较为复杂，如黑麦草

（Ｌｏｌｉｕｍｐｅｒｅｎｎｅ）中包括有线型梯牧草型果聚耱、混合

成过程涉及了１－ＳＳＴ、１－ＦＦＴ、６Ｇ．ＦＦＴ和６－ＳＦＴ四种果糖基转移酶Ｉ嘲，其中６－ＳＦＴ是一个具有多种催化特性

型梯牧草型果聚糖和梯牧草型果聚糖新生系列，其合

的酶。大麦的离体ｔ＠，ｑ－放入蔗糖溶液中井持续照光，４

ＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＢｕＬｌｅｔｉｎＶ０１．２３Ｎｏ．９

２００７Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ

ｈｔｔｐ：，，””。８ｂ．ｏｒｇ“

．１８８．

ｈ后开始累积１－蔗果三糖，８ｈ后出现６一蔗果三糖和蔗槊四糖；当蔗果四糖合成量增加时，６．蔗果三糖合成罱反而下降，表明这两种产物是由同一种酶催化产生的，不同底物与酶的结合存在竞争性。该酶起初称为蔗糖：蔗糖一６－果糖基转移酶（ｓｕｃｒｏｓｅ：ｓｕｃｒｏｓｅ

６－ｆｒｕｅｔｏ一

ｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，６－ＳＳＴ），后来改名为６－ＳＦＴｔ‘７１。６－ＳＦＴ还具有延长碳链的功能，在６．蔗果三糖的基础上以Ｂ（２—６）键连接一个或多个粜糖基，生成线型梯牧草型果聚糖：在蔗果四糖的基础上延伸形成混合型梯牧草型果聚糖［１７，１８】。将从大麦中克隆的６－ＳＦＴ基冈转入菊苣

中，在转基因菊苣体内除检测到了内源的萄耱型果聚（Ｖ／Ｐ）ＤＦ，主要参与蔗糖的裂解。其中的谷氨酸（Ｅ）是

牯外，还检测到了线型梯牧草型果聚糖【１９】。

２植物果聚糖合成酶的结构特点、基因的克隆及进化关系

不同类型果聚糖的合成与果糖基转移酶的酶学性质密切相关。克隆编码不同果糖基转移酶基因使利用生物技术探讨果聚耱代谢调控成为可能。自从第一个与果聚糖代谢有关的植物果糖基转移酶ｃＤ—

ＮＡ被克隆以来㈣，许多果糖基转移酶基因己相继被

克隆。

根据已克隆果糖基转移酶基因推导的氨基酸序列

分析表明：在１．ＳＳＴ、１－ＦＦＴ、６Ｇ－ＦＦＴ和６－ＳＦＴ的开放阅读框ｃｏｐｅｎＲｅａｄｉｎｇＦｒａｍｅ，ＯＲ．Ｆ）中均有３个高度保守的活性域，邵Ｂ．果糖苷酶单元、ＲＤＰ域和ＥＣ域１２０］；另外，双子叶植物１－ＳＳＴ的５’．端还有较为保守的ＭＡＳＳＴＴ区Ｉ“ｏ…】，而单予叶植物的１－ＳＳＴ和双子

叶植物的１－ＦＦＴ中均１ｉ存在这个区域。果糖基转移酶

有５￣７糖基化位点，推测的ｐＩ为４．５—６．０。此外，在果

糖基转移酶的Ｎ．端均有不到１００个氨基酸的信号

肽…；ｖｉｊｎ等（１９９７）的研究表明果聚糖和与果聚糖代谢有关的酶定位在液泡囊中¨玎；在质外体剐和韧皮部的薄蹙细胞中瞄】也存在果聚糖和果糖基转移酶。果聚糖和果聚糖代谢酶类的定位仍存在着较大的争议，关于它们在细胞内的定位问题是一个很有意义的研究课题，育助于深入探讨果聚糖提高植物抗逆性的生理机制。

研究表明：植物聚糖基转移酶主要是由一条多肽裂斛而产生的异二聚体，如１－ＳＳＴ由２７ｋＤ和５５ｋＤ两个弧基组成ｉ１１］，１－ＦＦＴ由】７ｋＤ和５２ｋＤ两个亚基组成［９１，６－ＳＦＴ由２３ｋＤ和４９ｋＤ两个亚基组成旧。其

中大亚基决定酶的催化特性和产物的类型，高度保守

的Ｂ．果糖苷酶单元、ＲＤＰ域和ＥＣ域３个活性域均位于大亚基上，但仅表达大亚基，酶无活性；小亚基对

于酶的功能性表达也是必不可少的嘲。１３。果糖苷酶单　

元是靠近Ｎ＿端一个非常保守的五肽ＮＤＰＮＧ，是蔗糖结合域的活性位点，决定所合成的果聚糖类型，但不决定果糖基供体的性质∞。Ｒｉｔｓｅｍａ等（２００５）在１３．果糖苷酶单元活性位点的研究中指出ＮＤＰＮＧ中的天冬氨酸（Ｄ）是该区域的活性中心，该氨基酸突变后酶失活；

这个区域中天冬氨酸之前的天冬酰氨（Ｎ）决定产物的

特异性１２９ｌ。ＲＤＰ域中的天冬氨酸（Ｄ）点突变成丙氨酸（Ａ）后，酶的活性丧失，天冬氨酸是其催化中心，在果糖基转移反应中起过渡态稳定剂作用，参与从蔗糖到果聚糖的聚合过程；ＥＣ域是靠近Ｃ．端的六肽ＷＥＣ其活性中心，起质子供体的作用；若谷氨酸点突变成丙氨酸和天冬氨酸后，该酶即失去了蔗糖作为果糖基供体和受体的能力，不能形成蔗果三糖，但是保留了利用

蔗果三糖的能力，表明ＥＣ域决定果糖基供体的特异性吲。结构和功能的研究表明：在果糖基转移酶的活性域中，ＮＤＰＮＧ中的Ｄ是一个亲核体，ＷＥＣ（Ｖ／Ｐ）ＤＦ中的Ｅ是一个质子供体，ＲＤＰ中的Ｄ在果糖基转移反应中起稳定作用，且这三个酸性氨基酸位于酶的活性中心域Ⅲ。深入探讨果糖基转移酶的催化活性位点以及结构－功能之间的关系，还需要收集更多的植物果糖基转移酶的基因序列信息，包括来自一个物种的具有不同功能的果糖基转移酶信息和来自不同物种的编码同一功能的基因序列信息，从面确定参加特定反应的关键氨基酸、酶的哪一个域负责水解的特异性、哪一一个域负责果糖基转移的特性等１１】。

果糖基转移酶的共同特性是将合适供体Ｌ的果糖

基转移到合适受体中的果糖基上，形成不同类型和不同聚合度的果聚糖。园不同果糖基转移酶最遣的供体

和受体不同，酶的催化特性“；同，闪而所形成的产物也不同。为了更好的了解不同果糖基转移酶之间的进化关系，根据已报道的果糖基转移酶基因推测的氨基酸序列构建了…个系统进化树（图２），结果表明：果糖基转移酶可聚类成三组，第１组为坝子叶植物菊科的果糖基转移酶，又分成１－ＳＳＴ和１．ＦＦＴ两个小分支：第１Ｉ组为单子叶植物百合科的果糖基转移酶，又分成

Ｉ－ＳＳＴ和６Ｇ－ＦＦＴ两个小分支：第Ⅲ组为单子叶植物禾本科的果糖基转移酶，主要分成１．ＳＳＴ和６－ＳＦＴ两个小分支嘲。从聚类分析中可以看出在果聚糖合成代谢中１－ＳＳＴ是必不可少的，它的主要功能是以蔗糖为

底物催化蔗果三糖的形成。聚类分析的结果与果聚糖

合成代谢的路径基本吻合。３果聚糖的功能及应用前景

自从第一个植物果糖基转移酶基因克隆以

中廊摩孝逼摧第２３卷第９期２００７年９月

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗｃａｓｂ．ｏｒｇ．ｅｌｉ

１８９?

图２不同植物中果糖基转移酶的系统进化树分析

注：ｔｈｅ卜ＦＦＴｆｒｏｆｆｌ

ａｃｃｅｓｓｉｏｎ

ｃ１嘲ｓｃｏｌｙｍｕｓ

（Ｃ．Ｓ．卜ＦＦＴ：Ｅ船Ｌ

ｆｒｏｍ

ａｃｃｅｓｓｉｏｎ

ｎｏ．ｔ００００４８１）．ｔｈｅ

ｌ＿ＦＦＴｆｒｏｍ

１１０

Ｈｅｌｉｃ删ｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓＲ￥（Ｈ．ｔ卜ＦＦｒ：Ｅ船ＬＡＪａｌｌ６２５），ｔｈｅ卜ＦＦｆ

ｌ—ＦＦＴ：ＥＭＢＬａＣＣｅＳＳｉｏｎ

ｎＡ

ｆｒｏｍ

ｎｏ＾Ｊ００９７５６），ｔｈｅ卜ＦＦＴＶｉｇｕｉｅｒａｄｉｓｃｏｌｏｒ

（Ｖ．ｄ．卜ＦＦＴ：Ｅ船Ｌ

ｆｌｃｃｅｓｓｉｏｎ

（Ｔ

Ｃｉｃｈｏｒｌｕｍ

ｉｎｔｙｂ埘ｔｈｅｆｒｏｍｓｉｏｎ

（ｃ．ｉ卜ＦＦＴ：Ｅ心ＬａＣＣｅＳＳｉｏｎｎｏ．Ｕ８４３９８）．ｔｈｅ卜ＦＦｒｆｒｏｍ蹦ｒｉｅａＪｒ：ａｅｓｔｉｖｕｍ

ａ

１３０．ＡＢ０８８４０９），

ｉ—ＦＦｒ

ｆｒｏｍ三比ｆ础８

ｓａｔｉｖａ啦ｓ．卜㈣：ｔｈｅ卜ＳＳＴ

ａｃｃｅｓｓｉｏｎ

ｆｒｏｍ

ｉｌｏ

ｃ，ｍｍｓｃｏｔｙｍｎｓ

（ｃ．ｓ．卜ｓＳＴ’ＥＨＢＬａｅｃｅｓｓｉｏｎ

ｆｒｏｍ

Ｙ。９６６２），ｔｈｅ

ｌ心ｒ

ａＣＣｅＳ—

Ｈｅｌｉａｎｔｈ驸ｔ曲ｅｒｏｓｔ／“（Ｈ．ｔ．卜ＳＳＴ：啪Ｌ

ｎｏ．ＡＪ２５０６３４），ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒｏｍ

ａｅｃｅ￥ｓｉｏｈ

ＡＪ００９７５７），ｔｈｅ卜ＳＳＴ

ｎ删煳ｃ帆ｏｆｆｉｃｉ蒯ｅ（Ｔ．ｏ．１一ＳＳＴ：Ｅ衄Ｌ

ｎｏ

Ｃｉｃｈｏｒｇｕｍ妇讪出（ｃ．ｉ．卜ＳＳＴ：ＥＭＢＬ

ｌ－ｓＳＴｆｒｏｍ

ａＣＣｅＳＳｉｏｎ

Ｕ８１５２０），ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒｏｍＨｏｒｄｅｕｍｖｕｌｇａ陀

ａ－ＣＣＯＳＳｉＯＴＩ

‘Ｈ．ｖ．１－ｓＳＴ：Ｅ船Ｌｎｏ．＾Ｊ５６７３７７．２），ｔｈｅｂ““ｍ

ｐｃｒｅ删

（Ｌ．Ｐ．１｛ＳＴ：ＥｍＬｎＯ．ＡＹ２４５４３１）。ｔｈｅ

ａｃ—

卜ＳＳＴｆｒｏｍＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖａｍ（Ｔ．ａ．１－ｓＳＴ：Ｅ椰Ｌａｃｃｅｓｓｉｏｎｎｏ．ＡＢ０２９８８８），ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒ∞Ｆｅｍ”ｎ

ｃｅｓｓｉｏｎ

ｓ

ａｒｕｎｄｌｎａｃｅａ（Ｆ．ａ卜ＳＳＴ：咖Ｌ

ｎｏ．ＡＪ２９７３６９），ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒｏｍＡｌｌ诅ｍｃｅｐａ（Ａｃ卜ＳＳＴ：ＥＭＢＬａｃｃｅｓｓｉｏｎｎｏ．ＡＪ００６０６７），ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒ。ⅢＡｔｌｉｍｍｓａｔｉｖｕｍ（Ａ．

Ｌ＿ｓＳＴ

Ｅ船Ｌ

ａｃｃｅｓｓｉｏｎ

ｎｏ．ＡＹＯｇＢ４４２）．ｔｈｅ卜ＳＳＴｆｒｏｍＬａｃｔｕｃａｓａｔｉｖａ（Ｌ¨ｓ．卜ＳＳＴ）：ｔｈｅ６一ＳＦＴｆｒ恤Ｈｏｒｄｅｕｍ∞Ⅱ踣矾（｝Ｉｖ．６一ＳＦｒ：

酬ＢＬａｃｃｅｓｓｉｏｎｎｏ，Ｘ８３２３３），ｔｈｅ６一ＳＦＴｆｒｏｍ

Ｆｏｒｇ

Ｔｒｉｔｌｃｕｍ∞ｊ珈吼【Ｔ．Ｂ．６－ＳＦｆ：Ｅ曲Ｌ

ａｃｃｅｓｓｉｏＨ

ｎｏ

ＡＢ０２９８８７），ｔｈｅ６一ＳＦＴｆｒｏｍＡｇｒｏｐｙ－

ｃ如［ｆｇｏ，ｃｇ（Ａｃ．６一Ｓｔ：Ｔ：ＥＭＢＬａｃｃｅｓｓｉｏｎ

ｎｏ

ＡＦ２ｔ１２５３｝。ｔｈｅ６Ｇ＿阡ＴｆｒｏｍＡ妇ｍｃｃｐａ心，ｃ、６Ｇ－Ｆ６Ｔ：Ｅ临Ｌａｃｃｅｓ５ｉｏｎＦｒｏ．Ｙ０７８３８）

来［１７］，将来自于植物的果糖基转移酶基因转入植物

中成了新的研究热点。ｓ６ｖｅｎｉｅｒ等（１９９８）将菊芋的

果聚糖作为一种贮藏性碳水化合物，其功能与淀粉和蔗糖一样，如果碳水化合物的生产超过需求，果聚糖就贮存起来；如果需要能量和碳源，果聚糖就被降

解，提供碳源和能最。果聚糖经常贮存在特殊的器官中，如菊苣的主根、大丽花（Ｄａｈｌｉｎ”ａｒｉａｂｉｌｌｓ）和菊芋的

１－ＳＳＴ基因转入甜菜（Ｂｅｔｏ口“ｌｇａｎｓ），在转基因甜菜主

根中的９０％蔗糖转变成低聚合度的菊糖型果聚糖ｐＩＪ。

将来自菜蓟（研ｎｄｍｓｃＤｌｙｍｍ）的Ｉ－ＳＳＴ和Ｉ－ＦＦＴ基因转入马铃薯，在收获的转基因马铃薯块茎中裣溅到了

聚合度较高的菊糖型果聚糖１…。将来自洋葱的６Ｇ－ＦＦＴ

块茎、郁金香（ＴｕｌｉｐⅡｇｅｓＭｒｉａａａ）幂ｉ洋葱的鳞茎中，这

些器官中的果聚糖是长期贮存的碳水化合物。果聚糖

基因转入菊苣后，除了检测到内源的菊糖型果聚糖外，还检测到与洋葱类趔一致的菊糖型果聚糖新生系列吧将来自大麦的６－ＳＦＴ基因转入菊苣中，除内源的

菊糖型果聚糖外，还检测到了混合型梯牧草型果聚糖㈣。不同果糖基转移酶基因的组合可合成不同结构

的降解常发生在生长之前，如在休眠期间，菊芋和菊苣块根中的果聚糖降解就开始启动了嘲。

果聚糖作为一种重要的渗透调节物质，与植物的抗逆性密切相关。生长四周的菊苣小苗在正常情况下几乎检测不到果聚糖，但干早胁迫处理后，根和叶中的

果聚糖含量增加了近１０倍，ｌ－ＳＳＴ基因的表达活性也明显增强吼。烟草、甜菜、马铃薯等植物体内缺乏合成果聚糖的代谢路径，通过基因工程技术将与果聚糖合

类型的果聚糖，将其转入不含果聚糖代谢路径的植物

中（如烟革、甜菜、马铃薯和玉米等）可合成果聚糖．而且因其缺乏降解果聚糖的酶，故可在植物体内大量累

积。如果转入已有果聚糖路径的植物中，可引入新型的果聚糖。将果糖基转移酶基因转入不同植物中使其产生新型果聚糖的研究是植物基因工程和糖工程领域中

引人注日的课题。

成代谢有关的酶基因转入该类植物中，便于研究果聚糖在提高植物抗逆性方面的作用。Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ等将微生

物中合成果聚糖的ＳａｃＢ基因分别转入烟草１３２１和甜

菜咩１中，干旱胁迫后，转基因植物的抗旱性明显提高。

ＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎＶ０１．２３Ｎｏ．９

ｈｔｔｐ：Ｈｗｗｗ．ｃａｓｈ．ｏｒｇ．ｃｉａ

１９０

Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｖａ等（２００２）将长至４～５叶期的转ＳａｃＢ基冈烟草经４。Ｃ冷驯化５ｄ后，再穆至＿２℃低温培养箱中冷胁迫处理２４ｈ，实验结果袭明：转基因烟草生长正常，且果聚糖含量明显增加，而未转基因烟草因冻害严重而不能存活ｐＩ。但是，ＳａｃＢ基因所编码的果聚糖聚合度常超过ｌｘｌｏｓ，其表达常导致转基因植物的形态出现异常，如植株矮小、叶型异常等［６／。而植物果聚糖的聚台度仅从１０到几百，且因其来源于植物，未见其

表达对转基因植物的生长发育产生不利影响的报

道ｆ’】。将植物来源的果糖基转移酶基因转入植物中，既不影响其正常生跃发育，也钶助于研究酶在植物体内的生物学功能和在植物抗逆性方面的作用。转基因马铃薯的研究表明：果聚糖这类水溶性碳水化合物代谢

途径的引入，不仪转基因植物的抗早性明显提高，而且

植物体内的脯氨酸含量也显著增加【３５】。将从耐寒型小

麦中克隆的１－ＳＳＴ基因和６－ＳＦＴ基因转入黑麦草中，

转基因植株的抗寒性明显提高１２１。笔者将来自莴苣（ｅ∽￡∽Ⅱ５ｍｉｖ击的Ｉ．ＳＳＴ基因转入烟草后，转基因烟草的耐寒性∞】和耐旱性【Ⅻ均明显提高。

果聚糖提高植物的耐寒性可能与果聚糖能减轻植物因冷害引起的氧化胁迫有关，从丽提高转基因植物的抗氧化能力，保护和维持了细胞膜结构的完整性鲫。

未转基因烟草冷害处理后，膜脂结构受到严重破坏，叶绿素荧光参数降低，光合反应受到强烈抑制；而转基因

烟草在整个处理过程中无明显变化ｌ”】。目前，果聚糖抗逆性的分子机制还不太清楚，但是体外实验的研究结

果表明，在胁迫处理条件下，果聚糖能维持脂质体在低

温和干早条件下相态的改变，脂类相态的改变可提高

膜的通透性，修复胁迫对膜的损害，有效地稳定膜结构㈣。

最近Ｉｏ、２０年，梁聚糖作为一种功能性食品，在医药和食品领域中得到了广泛应用。低聚合度（ＤＰ３．６）的粜聚糖味甜，常用于天然的低热量甜味剂，应用在焙烤食品、粘果、乳制品及调味料等食品领域。高聚合度

的果聚糖不易被人体消化，且热量低，常被用来作为脂

防的替代物，用于制备营养食品，添加在酸奶、冰激凌帚１果冻布丁等食品中∞－。

果隳糖具有多种促进人体健康的功能。果聚糖是一种髓生素，益生素是一种不易被消化的食物成分，能够选择性地刺激和促进一种或几种肠道内对宿主健康有益的微生物的生长和活力，改善宿主健康。果聚糖的

～个突出特点就是能刺激肠道双歧杆菌增殖，提高双歧杆菌活力，抑制瘸原菌生长，维持肠道菌群平衡。最近研究表明新蔗果三糖在促进肠道中有益菌群的增殖

效果更好。果聚糖也刺激钙离子的吸收，可有效地预防

骨质疏松。此外，机体摄取一定量的果聚糖，有助于延

缓和降低机体对葡萄糖的吸收速度和数量，还可降低胰岛素、胆固醇、三酰甘油和磷脂的浓度，是糖尿病、高血压患者的良好食品【，ｊ。所有这些都表明果聚糖是一类非常有应用前景的功能性食品和保健食品。

在不久的将来，将特定组合的果糖基转移酶基因

转入植物体中，并让它们在特定器官中表达，大量合成

预期类型的果聚糖，创造专用作物品种，使利用高产植物作为生物反应器廉价生产功能性多糖成为现实，以满足人们对功能性食品的需求。

参考文献

『１】

ｖａｌｌ

ＬａｅｒｅＡａｎｄｖ柚ｄｅｎＥｎｄｅＷＩｎｕｌｉｎｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｉｎｄｉｃｄｂ：

ｃｈｉｃｏｒｙ＂“ａｍｏｄｅｌｓｙｓｔｅⅡｎＰｌａｎｔＣｏｉｌ

ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎ．２００２，２５：

８０３－８１３

口】ＨｉｓａｎｏＨ，Ｋａｎ哪ｗａ

Ａ，ＫａｗａｋａｍｉＡ，ｃｔａｌ

Ｔｍｎｓｇｅｎｉｃｐｅｒｅｎｎｉａｌ

ｒｙｅｇｒａｓｓｐｌａｎｌｓｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ

ｗｈｅａｔ｜ｈｌｃｔＤｓｙｌｎｕｌｓ觚ｓｃｇｅｎｅｓ

ａｃｃｕｍｕ—

ｌａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｄａｍｏｕｎｔｓｏｆｆｒｕｃｔａｎａｎｄａｃｑｕｉｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏｌｅｒａｎｃｅｏｎ

ａ

ｃｅｌｌｕｌａｒｌｅｖｅｌｔｏｆｒｅｅｉｎｇＰｌａｎｔＳｃｉ，２００４．１６７：８６１?８６８

【３１

ＲｏｏｖｅｒＤＪ．ｖａｉｌ

ｄｅｎＢｒａｎｄｅｎＫ，ｖｉｔｔｌＬａｅｒｅ丸ｃｔａｌＤｒｏＬ】ｇｈｔｉｎｄｕｃｅｓ

ｆｒｕｃｔａｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄ

１－ＳＳＴ（ｓｕｃｒｏｓｅ：ｓｕｃｒｏｓｃｆｍｅｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ）ｉｎ

ｒｏｏｔｓ

ａｎｄｌｅａｖｅｓｏｆｃｈｉｃｏｒｙ

ｓｅｅｄｌｉｌｌｇｓ（ｃｉｃｈｏｒｉｏｍｉｎｔｙｂｕｓＬ）．ＰＭｎｔａ，

２０００，２１０：８０８—８１４

［４】张慧，董伟，周骏马，等果聚枷蔗糖转移酶基因的克隆及耐盐转基

因烟草的培育，生物工程学报。１９９８．２：１８１，１８６．

［ｓ】

ＲｉｔｓｅｍａＴ

ａｎｄＳｍｃｅｋｅｎｓＳＣ

ＭＦｒｕｃｔａｎ５，：ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｆｏｒｐｌａｎｔｓａｎｄ

ｈｕｍａｎｓ．ＣｕｒｔＯｐｉｎＰｌａｎｔＢｉｏｌ，２００３

６：２２３—２３０

【６】

ＣａｉｍｓＡＪ．Ｆｒｕｃｔａｎ

ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ

ｐｌａｎｔｓＪＥｘｐＢｅｔ，

２００３，５４（３８２）：５４９—５６７

［７】ＨｅｌｌｗｅｇｅＥＭ，ＭａｉｋＲＤｏｍｉｎｉｑｕｅＧ，ｅｔｃ

Ｄｉｆｆｅｒ部ｃｅｓｉｎｃｈａｉｎ

ｌｅｎｇｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｕｌｉｎｆｒｏｍＣｙｎａｒａｓｃｏｌｙｎｌｕｓａｎｄＨｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓ

ａｒｅ

ｒｅｆｌｅｃｔｅｄｉｎ

ａ

ｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｌａｎｔｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇ

ｔｈｅｒｅｓｐｅｅ６ｖｅＩ－ｌ下ＴｃＤＮＡｓ．ｂ∞２ＢＳＬｅｔｔ，１９９８，４２７：２５－２８，

隅】

ｖａｌｌ

ｄｅｎＥｎｄｅ

Ｗ，ｖａｉｌＷｏｎｔｅｒｇｈｅｍＤ，ＤｅｗｉｔＥ，ｅｒｅｎ＊ｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄ

ｃｈａｍｃｍｒｉ口ｆｉｏａｏｆ】一ＳＳＴ，ｔｈｅｋｅｙｅｎｚｙｍｅｉｎｉｔｉａｔｉｎｇｆｒｕｃｔａｎｂｊｏｓｙｎ－

ｔｈｅｓｉｓｉｎｙｏｕｎｇｃｈｉｃｏｒｙ

ｒｏｏｔｓ（Ｃｉｃｈｏｒｉｕｍｉｎｑ６ｕｓＬ）Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉａ

Ｐｌａｎｔａｒｕｍ，１９９６ａ，９８：４５５－４６６

【９１

ｖａｌｌ

ｄｅｎＥｎｄｅ

ｗ，ｖａｎＷｏｎ，ｔ曲ｅｍＤ，ＶｅｒｈａｅｒｔＰ，ｅｔｅ

Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ

ｏｆ

ｆｒｕｃｔａｎ：ｆｍｃｔａｎｆｍｃｔｏｓｙｌｔＴａｎｓｆｅｒａｓｅｆｒｏｍ

ｃｈｉｃｏｒｙ（ＣｉｅｂｏｆｉｕｍｉｎｔｙｂｕｓＬ）ｒｏｏｔｓ

Ｐｌａｎｔａ，１９９６ｂ，１９９：４９３—５０２

［１０］ＫｏｏｐｓＡＪａｎｄＪｏｎｋｅｒＨＨＰｕｒｉｆｌｃａｔｉｏｒｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ

ｅｎｚｙｍｅｓｏｆｆｒｕｃｔａｎｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｔｔｌｂｅｒｓｏｆＨｅｌｉａｎｔｂｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓＣｏｌｏｍｂｉａ

１１．ＰｕｆｉｆｉｃａｔＪｏｎｏｆ

ＳＵＣｇＯ￥Ｏ：￥１１ＣｒＯｓｅ

１．ｆｒｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｏｒ舯ｅ

ａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆｆｍｃｔｅｎｓｙｎｔｈ§ｉｓｉｎｖｉｔｒｏｗｉｔｈｐｕｒｉｆｉｅｄ

ｓｕⅡＤｓｅ：

ＳＢＣＩＤ￥Ｏ

１－ｆｒｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｃｒａｓｃａｎｄｆｍｅｔａｎ：ｆｒｕｃｔａｎ１－ｆｒｕｃｔｏｓｙｌｔｒａｔｌｓ－

ｆｅｒａｓｅＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌ，１９９６，１１０：Ｉ１６７－１１７５

【ｌｌ】ｖａｎｄｅｒＭｅｅｒＩＵＫｏｏｐｓＡＪ，ｔｔａｋｋｅｒｔＪＣ，ｅｔａｌＣｌｏｎＬｎｇｏｆｔｈｅｆｒｕｃ?

ｔａｎ

ｂｉｏｓｙｎｔｈｃｓｉｓｐａｔｈｗａｙｏｆＪｅｒａｓａｌｏｒｏａｒｔｉｃｈｏｋｅ．Ｐｌｅ，ｎｔ五１９９８，１５

（４）：４８９?５００