中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (34): 13-22.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0106
何伟贤1,2,3(
), 李旭龙1,2,3, 张龙1,2, 顾艳1,2, 王继华1,2,3, 徐世强1,2(
)
收稿日期:2025-02-17
修回日期:2025-07-01
出版日期:2025-12-04
发布日期:2025-12-04
通讯作者:
作者简介:何伟贤,男,2002年出生,广东佛山人,硕士研究生,主要从事南药资源保护与利用研究。通信地址:510640 广东省广州市天河区五山金颖路西二街18号,E-mail:767523145@qq.com。
基金资助:
HE Weixian1,2,3(
), LI Xulong1,2,3, ZHANG Long1,2, GU Yan1,2, WANG Jihua1,2,3, XU Shiqiang1,2(
)
Received:2025-02-17
Revised:2025-07-01
Published:2025-12-04
Online:2025-12-04
摘要:
本研究旨在阐明植物萜类合成酶(terpene synthase,TPS)在萜类化合物生物合成中的关键作用及其复杂调控机制,并探讨其多样化的生物学特性与广阔的应用前景。基于现有文献和研究成果,采用系统综述与综合分析方法,从功能分类、进化历程、结构催化特性及多层次调控(DNA、转录、转录后)维度分析TPS的作用机理与环境响应规律。TPS通过多样化的结构域催化形成种类繁多的萜类骨架,其过程具有高度复杂性。TPS的活性受精细的多层级调控;转录调控受多种转录因子控制;转录后水平调控则包括mRNA稳定性、翻译效率及蛋白质翻译后修饰等;环境因素(如生物/非生物胁迫)可显著影响TPS基因表达及酶活性,进而调控特定萜类产物的合成积累。不同TPS家族成员在进化上呈现发散性,其功能分化与植物适应性及萜类多样性密切相关。对TPS结构与功能关系的深入解析,为理解其底物选择性和产物特异性提供了分子基础。TPS研究为阐明萜类化合物生物合成及调控机制提供了核心理论支撑,极大地推动了其在农业、医药、香料、化妆品及工业领域的创新应用,对促进可持续发展、增进人类健康和提升生活质量具有重要意义。
何伟贤, 李旭龙, 张龙, 顾艳, 王继华, 徐世强. 植物萜类合成酶的研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(34): 13-22.
HE Weixian, LI Xulong, ZHANG Long, GU Yan, WANG Jihua, XU Shiqiang. Research Progress on Plant Terpene Synthase[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(34): 13-22.
| 植物 | 转录因子 | 次生代谢产物 | 参考文献 |
|---|---|---|---|
| 黄花蒿(Artemisia annua) | AaERF1、AaERF2(AP2/ERF) | 青蒿素(+) | [ |
| AaORA(AP2/ERF) | — | [ | |
| AabZIP1(bZIP) | — | [ | |
| 长春花(Catharanthus roseus) | ORCA1、ORCA2(AP2/ERF) | 长春碱(+) | [ |
| ORCA3(AP2/ERF) | — | [ | |
| CrMYC2(bHLH) | — | [ | |
| CrGBF1、CrGBF2(bZIP) | — | [ | |
| 棉花(Gossypium arboreum) | GaWRKY1(WRKY) | 杜松烯(+) | [ |
| 拟南芥(Arabidopsis thaliana) | MYB21、MYB24(MYB) | (E)-β-石竹烯(+) | [ |
| MYC2(bHLH) | (E)-β-蒎烯(+) | [ | |
| 红豆杉(Taxus wallichiana) | TcWRKY1(WRKY) | 紫杉醇(+) | [ |
| TcAP2、TcDREB(AP2/ERF) | — | [ | |
| TcJAMYC(bHLH) | — | [ | |
| 水稻(Oryza sativa) | OsTGAP1(bZIP) | 抗毒素(+) | [ |
| OsbZIP79(bZIP) | — | [ | |
| 短角蒲公英(Taraxacum brevicorniculatum) | TbbZIP1(bZIP) | 天然橡胶(+) | [ |
| 植物 | 转录因子 | 次生代谢产物 | 参考文献 |
|---|---|---|---|
| 黄花蒿(Artemisia annua) | AaERF1、AaERF2(AP2/ERF) | 青蒿素(+) | [ |
| AaORA(AP2/ERF) | — | [ | |
| AabZIP1(bZIP) | — | [ | |
| 长春花(Catharanthus roseus) | ORCA1、ORCA2(AP2/ERF) | 长春碱(+) | [ |
| ORCA3(AP2/ERF) | — | [ | |
| CrMYC2(bHLH) | — | [ | |
| CrGBF1、CrGBF2(bZIP) | — | [ | |
| 棉花(Gossypium arboreum) | GaWRKY1(WRKY) | 杜松烯(+) | [ |
| 拟南芥(Arabidopsis thaliana) | MYB21、MYB24(MYB) | (E)-β-石竹烯(+) | [ |
| MYC2(bHLH) | (E)-β-蒎烯(+) | [ | |
| 红豆杉(Taxus wallichiana) | TcWRKY1(WRKY) | 紫杉醇(+) | [ |
| TcAP2、TcDREB(AP2/ERF) | — | [ | |
| TcJAMYC(bHLH) | — | [ | |
| 水稻(Oryza sativa) | OsTGAP1(bZIP) | 抗毒素(+) | [ |
| OsbZIP79(bZIP) | — | [ | |
| 短角蒲公英(Taraxacum brevicorniculatum) | TbbZIP1(bZIP) | 天然橡胶(+) | [ |
| [1] |
余纽, 柳帆, 杨锦昌. 油楠SgTPS7的克隆及其在萜类生物合成和非生物胁迫中的功能[J]. 生物技术通报, 2024, 40(8):164-173.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0237 |
| [2] |
doi: 10.1111/tpj.2004.37.issue-4 URL |
| [3] |
doi: 10.1038/nchembio.164 pmid: 19377457 |
| [4] |
doi: 10.1104/pp.104.042929 URL |
| [5] |
朱琳琳. 桂花优良香花品种筛选及萜类合成酶基因功能验证[D]. 武汉: 华中农业大学, 2022.
|
| [6] |
doi: 10.3389/fpls.2021.751853 URL |
| [7] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2008.03524.x pmid: 18433439 |
| [8] |
doi: 10.3390/f15101731 URL |
| [9] |
张文锦, 姜海晶, 吴翀, 等. 银杏GbTPS3基因克隆和功能表征[J]. 山东化工, 2024, 53(16):36-39.
|
| [10] |
郭妙弦. 艾全基因组测序及其重要萜类合酶基因功能鉴定[D]. 北京: 北京协和医学院, 2023.
|
| [11] |
doi: 10.1104/pp.112.208249 pmid: 23256150 |
| [12] |
doi: 10.1046/j.1432-1033.2002.03014.x URL |
| [13] |
doi: 10.1016/j.phytochem.2009.07.030 pmid: 19793600 |
| [14] |
doi: 10.1111/j.1744-7909.2010.00910.x |
| [15] |
doi: 10.1016/j.febslet.2006.10.018 URL |
| [16] |
doi: 10.1007/s00018-009-0066-7 pmid: 19547916 |
| [17] |
doi: 10.1074/jbc.273.4.2078 URL |
| [18] |
doi: 10.1073/pnas.95.8.4126 pmid: 9539701 |
| [19] |
doi: 10.1248/bpb.27.1979 URL |
| [20] |
岳跃冲, 范燕萍. 植物萜类合成酶及其代谢调控的研究进展[J]. 园艺学报, 2011, 38(2):379-388.
|
| [21] |
doi: 10.1021/ja2114486 pmid: 22280121 |
| [22] |
doi: 10.1038/nchembio.578 |
| [23] |
doi: 10.1038/nature09628 |
| [24] |
doi: 10.1038/srep23057 |
| [25] |
doi: 10.1111/tpj.2018.93.issue-1 URL |
| [26] |
doi: 10.1074/jbc.271.38.23262 pmid: 8798524 |
| [27] |
doi: 10.1007/s00438-002-0709-y URL |
| [28] |
李金燃, 张麒功, 陈丝雨, 等. 栀子TPS基因家族鉴定及与萜类物质代谢的相关性分析[J]. 沈阳农业大学学报, 2024, 55(1):66-78.
|
| [29] |
程甜, 魏强, 李广林. 中粒咖啡萜类合成酶基因家族的生物信息学分析[J]. 植物学报, 2016, 51(2):235-250.
doi: 10.11983/CBB15022 |
| [30] |
doi: 10.1186/s12870-014-0270-y pmid: 25303804 |
| [31] |
doi: S1476-9271(16)30450-9 pmid: 28797912 |
| [32] |
doi: 10.3389/fpls.2017.01930 URL |
| [33] |
|
| [34] |
doi: 10.3390/ijms21155419 URL |
| [35] |
doi: 10.1007/s12298-021-01040-z |
| [36] |
|
| [37] |
|
| [38] |
doi: 10.1186/s12864-021-08189-7 |
| [39] |
doi: 10.1038/nature04607 |
| [40] |
doi: 10.1105/tpc.104.023895 URL |
| [41] |
doi: 10.1021/bi980854k URL |
| [42] |
doi: 10.1007/s003440010039 pmid: 11986757 |
| [43] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04520.x pmid: 21443633 |
| [44] |
doi: 10.1105/tpc.106.049478 URL |
| [45] |
|
| [46] |
王江. 白桦DNA甲基化调控白桦醇生物合成机制研究[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2021.
|
| [47] |
|
| [48] |
doi: 10.1038/nrg.2016.83 pmid: 27479905 |
| [49] |
doi: 10.1038/nature16462 |
| [50] |
doi: 10.1038/emboj.2009.87 URL |
| [51] |
高珂, 王玲, 吴素瑞, 等. 调控药用植物药效成分合成的转录因子研究进展[J]. 中草药, 2015, 46(20):3100-3108.
|
| [52] |
doi: 10.1093/mp/ssr087 URL |
| [53] |
doi: 10.1111/nph.2013.198.issue-4 URL |
| [54] |
doi: 10.1016/j.molp.2014.12.004 URL |
| [55] |
doi: 10.1093/emboj/18.16.4455 URL |
| [56] |
张计育, 王庆菊, 郭忠仁. 植物AP2/ERF类转录因子研究进展[J]. 遗传, 2012, 34(7):44-56.
|
| [57] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04566.x pmid: 21418355 |
| [58] |
doi: 10.1007/s11101-006-9051-z URL |
| [59] |
|
| [60] |
doi: 10.1111/tpj.2011.67.issue-1 URL |
| [61] |
doi: 10.1023/A:1010650906695 |
| [62] |
doi: 10.1104/pp.104.038612 URL |
| [63] |
doi: 10.1371/journal.pgen.1002506 URL |
| [64] |
doi: 10.1105/tpc.112.098749 URL |
| [65] |
李书涛. 调控紫杉醇合成转录因子TcMYC和TcWRKY1的克隆及功能研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2012.
|
| [66] |
戴怡龄. 红豆杉中与异戊二烯代谢途径相关的AP2类转录调控因子的克隆与功能研究[D]. 复旦: 复旦大学, 2008.
|
| [67] |
doi: 10.1074/jbc.A109.026195 pmid: 26276858 |
| [68] |
doi: 10.1074/jbc.M109.036871 pmid: 19635799 |
| [69] |
doi: 10.1016/j.jplph.2014.09.001 URL |
| [70] |
doi: 10.1093/pcp/pcs182 URL |
| [71] |
doi: 10.1093/jxb/erq196 URL |
| [72] |
|
| [73] |
doi: 10.1016/j.compbiolchem.2016.06.004 URL |
| [74] |
doi: 10.1038/s41598-020-69707-3 |
| [75] |
doi: 10.1093/aob/mcm079 pmid: 17513307 |
| [76] |
doi: 10.1038/srep09682 |
| [77] |
doi: 10.1111/pce.2011.34.issue-8 URL |
| [78] |
张大燕, 文欢, 王伟, 等. 乌头非生物胁迫下萜类化合物次级代谢的转录组学研究[J]. 中药材, 2017, 40(10):2301-2306.
|
| [79] |
高伟, 黄璐琦, 苏平, 等. 雷公藤二萜合酶TwCPS1在制备松香烷型二萜化合物中的应用[P]. 中国专利: 201611144657.0,2018-04-10.
|
| [80] |
刘义飞, 蒋莉萍, 刘迪, 等. 一种菊花脑单萜合酶基因CnTPS2及其应用[P]. 中国专利: 202210290514.X,2022-05-17.
|
| [81] |
黄璐琦, 戴住波, 崔光红, 等. 丹参鲨烯合酶(SmSQS)基因及其编码的蛋白和应用[P]. 中国专利: 200910148597.3,2010-12-29.
|
| [82] |
林拥军, 常鑫磊, 杨梅. 一种水稻褐飞虱取食诱导型启动子及应用[P]. 中国专利: 202110246275.3,2022-03-04.
|
| [83] |
石雷, 凌正一, 李慧, 等. 连续催化产生柠檬烯及香芹醇的LaTPS7和LaCYP71D582及应用[P]. 中国专利: 202310751530.9,2023-11-10.
|
| [84] |
范燕萍, 曹紫涵, 王兰, 等. 一种姜荷花萜类合成酶基因CaTPS2及其应用[P]. 中国专利: 202310615112.7,2023-08-08.
|
| [85] |
张建铎, 邓乐乐, 宋春满, 等. 烟草萜类合成酶NtTPS7基因及其载体与应用[P]. 中国专利: 202010526836.0,2020-09-04.
|
| [86] |
杨琛, 高翔, 刘邓, 等. 利用蓝藻生产异戊二烯[P]. 中国专利: 201410076573.2,2016-07-06.
|
| [87] |
张云丰, 罗小舟, 许薷芳, 等. 一种表达杂萜类化合物的重组酿酒酵母及其构建方法和应用[P]. 中国专利: 202010121334.X,2022-02-01.
|
| [88] |
黎胜红, 刘燕, 罗菲, 等. 雪松醇合酶Lc-CedS编码基因及其应用[P]. 中国专利: 201910108138.6,2022-08-30.
|
| [1] | 汤营营, 唐贤, 赵建荣. 基于Meta分析的长期施肥对中国农田土壤团聚体稳定性的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(9): 117-126. |
| [2] | 杨莹, 樊丽, 杨志超, 曹鑫博, 葛菁萍. 壳寡糖及微生物代谢产物在农业生产中的应用[J]. 中国农学通报, 2025, 41(8): 83-89. |
| [3] | 朱江, 周俊妞, 郑吉祥, 牟海飞, 韦广谭, 谭祖雄, 张英俊, 田青兰, 吴艳艳, 黄伟华, 刘洁云. 百香果扦插生根解剖结构及影响因素研究[J]. 中国农学通报, 2025, 41(7): 40-46. |
| [4] | 姚卫格, 樊丽, 孙蕊, 康杰, 葛菁萍. 细胞外囊泡在农业与环境保护中的作用研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(6): 88-93. |
| [5] | 凌波, 李相宜, 梁莹莹, 王泓超, 陈小玲, 谢展文, 张玉婷, 程祖锌, 林荔辉. 水稻籼粳交后代茎秆抗倒性状的遗传效应分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(6): 1-9. |
| [6] | 吴月娥, 段海燕, 姜恭好. 有色稻米及其相关基因研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(4): 19-24. |
| [7] | 张煜婷, 韩雪雪, 何芳霞, 严瑞. 50种园林小菊观赏性状综合评价[J]. 中国农学通报, 2025, 41(4): 56-65. |
| [8] | 张晓艳, 曹焜, 李学海, 朱浩, 边境. 配施生物有机肥对工业大麻产量及根际土壤微生物结构的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(34): 87-95. |
| [9] | 陈斐, 赵鸿, 王鹤龄, 杨阳, 王润元, 张凯, 赵福年, 齐月, 唐玉瑞, 魏星星. 春小麦发育期的干旱胁迫响应特征及其生理调控机制[J]. 中国农学通报, 2025, 41(33): 14-23. |
| [10] | 郑歆然, 吴青松, 刘星雨, 刘淑霞, 肖宇, 关向军, 张鹏举, 王菁菁, 胡明, 常远, 王晓飞. 不同地理种源蒙古黄芪叶片解剖结构特征及其环境适应性[J]. 中国农学通报, 2025, 41(32): 36-45. |
| [11] | 朱婷, 董坤, 杨勇, 张丽珍, 尹显高, 殷减清, 黄洁, 陈永对, 卢俊, 吴阔, 董家红. 连作对魔芋根际土壤微生物种群的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(30): 105-112. |
| [12] | 孟利芳, 赵王利, 金敏, 毛桂莲. 宁夏枸杞根系内皮层发育及质外体屏障研究[J]. 中国农学通报, 2025, 41(30): 70-78. |
| [13] | 王昀轩, 刘丽, 孙春辉, 鲁书豪, 梁宇卿, 崔雯莉, 高佳仪, 李永强. 水蜡A病毒丁香分离物的鉴定与全基因组序列分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(3): 107-113. |
| [14] | 刘威, 蔡卫佳, 王昊, 罗桂杰, 刘旭. 食叶草研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(3): 36-41. |
| [15] | 郑宇辰, 陶敏, 方弟安, 徐东坡, 覃川杰. 光荣水库浮游生物群落结构特征及鱼产潜力估算[J]. 中国农学通报, 2025, 41(29): 157-164. |
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