《生物工程进展》２０００，Ｖｏｌ＿２０，Ｎｏ．３
果实成熟的基因调控
李正国
（西南农业大学食品科学学院，重庆市北碚区４∞７１６）
摘要果实的成熟过程是由一系列生理生化变化过程组成，这些变化过程受到外界环境条件、植
物激素和基因的调控。随着近年来有关果实成熟衰老的基因的分离、定性及反义基因技术在控制果实成熟上的成功应用，对揭示果实成熟衰老的分子机理起到了重要作用。本文就近年来果实成
＼
熟基因调控研究进展作一简要评述。
关键词
乙烯
果实
成熟
基因调控。
果实是植物为了繁衍后代，保存其种子而形成
的一种特殊器官。由于果实富含营养物质，所以也
２乙烯与果实成熟
是人类的一个重要食物来源。果实的成熟过程经历了一系列特殊的生理生化变化过程，在细胞内酶的作用下，使果实在色泽、风味、香味、质地等特性上发生了深刻的变化。研究果实成熟衰老的基因调控对控制果实的成熟衰老过程具有重要意义。
ｌ果实的成熟过程
乙烯是植物体内最简单的一种激素。研究发现，它对植物的发芽、生长、发育、果实成熟、衰老、脱落及对外界刺激（如干旱、淹水、伤害等）均有重要的
调节作用［１，１０，１１｜。
果实的成熟过程，按其呼吸特性的不同，分为两
种类型。番茄、甜瓜、苹果、梨等果实的成熟过程中
有明显的呼吸高峰，称为呼吸跃变型果实（ｃｌｉｍａｃ—
随着果实成熟过程的进行，果实中叶绿素逐渐降解，胡萝卜素、花青素逐渐合成，果实呈现出红、
黄、橙等固有的色泽，成为果实成熟最明显的标志。
ｔｅｒｉｃ
ｆｒｕｉｔ）［３，１２’１３］。柑桔、草莓、菠萝等果实成熟过
ｆｒｕｉｔ）【３，１３Ｊ。呼吸高峰对跃变型果实的成熟具
程中，无明显高峰，称为非跃变型果实（ｎｏｎ—ｃｌｉｍａｃ—
ｔｅｒｉｃ
随着近年来番茄果实成熟色素合成突变体的分离及色素合成基因一八氢番茄红素合成酶基因的分离和定性，使对色素的合成过程有了更深入的了解Ｈ＇２』。
同时果实成熟时，淀粉含量下降，质地软化，使果实的品质明显改善Ｌ３Ｊ。近年来通过对细胞壁代谢有
有重要的作用。研究表明，呼吸高峰是由乙烯引起的。在果实的呼吸高峰出现之前，伴有一个乙烯的
合成高峰，去除环境中的乙烯可抑制果实成熟，而使
用外源乙烯可加速成熟过程【１４｜。同时乙烯可促进
未熟果实中的新的ＲＮＡ和蛋白质合成ｕ５Ｉ。大量结果显示，乙烯是通过调节果实中的基因表达而影响
关的多聚半乳糖醛酸酶（ｐｏｌｙｇａｌａｃｔｕｒｏｎａｓｅ），果胶甲酯酶（ｐｅｃｔｉｎｅｓｔｅｒａｓｅ）的分离、定性及反义基因的成功表达，对果实的成熟软化过程有了较清晰的认
识［４—８｜。
成熟过程［１６＿２０｜。因此乙烯在果实成熟过程中起着
重要调节作用。非跃变型果实的成熟过程，虽然没
通过对蛋白质体内、体外合成研究发现，在果实成熟过程中，伴随有大量的ＲＮＡ和蛋白质的合成过程旧Ｊ。如与成熟有关的ＰＧ酶，其中ＲＮＡ和蛋白
质含量在成熟时迅速增加，与已烯生物合成有关的
有呼吸高峰出现，但也伴有许多基因的表达过程，但究竟是哪种因子起着主要的调节作用，目前尚不太
清楚［２０｜。
由于近年来对乙烯研究的不断深入，乙烯的生物合成途径及其调节已基本清楚［１０，１１，２０・２１，２２ｉ，其中两个关键酶ＡＣＣ合成酶和ＡＣＣ氧化酶已分离定
性［２３，２４｜。乙烯信号传导的受体基因已从果实中分离出来【２５，２６，２７ｆ。但对信号传导过程尚未能完全明
酶类如ＡＣＣ合成酶，ＡＣＣ氧化酶含量均有明显升高。使用ＲＮＡ合成抑制剂和蛋白质合成抑制剂可
抑制果实的成熟过程。这表明果实的成熟过程受到
基因表达的控制。这为成熟基因的克隆和基因表达的人工调控提供了依据。
了［２０’２２］。这些研究结果对解释乙烯与成熟衰老的关系具有重要作用。
３
与果实成熟有关的主要基因克隆
果实成熟的分子生物学研究，最早是通过果实
明反义基因遗传符合孟德尔遗传规律，可稳定遗传给后代。反义基因的纯合体，其ＰＧ酶活性仅为正常果实的１％。这证明反义基因可有效抑制ＰＧ酶基因的表达［３ｏ｜。
表
克隆
ｍＲＮＡ的体外翻译过程来研究果实的成熟过程中
的基因表达。近年来通过对果实ｃＤＮＡ文库的筛选，已获得了大量的基因克隆，并通过反义ＲＮＡ技术对一些克隆的功能进行了深入研
与番茄果实成熟有关的主要ｃＤＮＡ克隆
功能或同源性蛋白酶抑制剂八氢番茄红素合成酶多聚半乳糖醛酸酶
ＡＣｃ氧化酶甘油醛一３一磷酸脱氢酶小分子热击蛋白跨膜溶解运转子组氨酸脱羧酶酸转化酶
乙烯涠节基因，与Ｅ８功镌相同
质体小分子热击蛋白小分子热击蛋白果胶甲酯酶ｕＤＰ．葡糖基转移酶
脱氢酶
根尖诱导蛋白，ＴＵＢ８
不明不明
３．９３
４
染色体定位
７
Ｔｏｍ４
究［５，２３，２４，２８，２９，３０Ｉ。
Ｔｏｍ５
２．３１０
７
１９８５年，Ｓｌａｔｅｒ等人通过对成熟与未成熟番茄
Ｔｏｍ６
果实ｃＤＮＡ文库的筛选，首先分离了１９个与成熟有
Ｔｏｍｌ３
关的ＴＯＭ系列ｃＤＮＡ克隆Ｌ２３｜。这些克隆在成熟
Ｔｏｍ３８
、，３，４，Ｓ，６，６，ｑ
果实中表达较强，而在未成熟果实中表达较弱或不
表达。有几个克隆仅在成熟果实中表达，而在其它组织中则不表达。这说明这些克隆与成熟过程密切
相关。ＭａｎｓＳｏｎ等人（１９８５），通过乙烯处理果实分
Ｔｏｍ６６Ｔｏｍ７５Ｔｏｍ９２Ｔｏｍ９６
离出了一些受乙烯诱导表达的基因克隆，Ｅ４，Ｅ８，
Ｅ１７等［１６，２９１。Ｐｉｃｔｏｎ等人通过对番茄成熟前期正常果实和成熟突变体ｒｉｎ（ｒｉｐｅｎｉｎｇｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）ｃＤＮＡ
Ｔ∞１９９
ＴＤｍｌｌｌＴ０ｍ１２９
文库的筛选，分离出了在正常果实中表达而在ｒｉｎ
ＰＥｌ
７
突变体中不表达的ＥＴＲ系列基因克隆【３１｜。后来通过ＲＦＬＰｓ（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｆｒａｇｍｅｎｔ
ＥＲＴｌ
１０１０
ｌｌ
ｌｅｎｇｔｈｐｏｌｙｍｏｒ．
ＥＲＴｌＯＥＲＴｌ３
ｐｈｉｓｍｓ）分析，许多基因的染色体定位也已确定（表１）。此外在甜瓜、梨、香蕉等果实中也分离出了许多
ＥＲＴｌ４
７
基因［３２＇３３’３４］。这些基因的分离与定性对研究果实
ＥＲＴｌ５
１０
４
的成熟过程起到了积极的推动作用。
ＥＲＴｌ６
趾认刺激蛋白
生物紊结合酶蛋氨酸硫基氧化还原酶
蛋白酶抑制剂ＡＣＣ合成酶硫蛋白酶乙烯受体蛋白乙烯受体蛋白乙烯反应负调节子
４基因功能分析
４．１与细胞壁降解有关的基因
ＥＲＴｌ７Ｅ４Ｅ１７
４．１．１多聚半乳糖醛酸酶（ＰＧ酶）
ｖｖ４Ａ
多聚半乳糖醛酸酶是从果实成熟中分离较早的
Ｃ１４
一种酶旧５Ｊ，编码该酶的基因已分离，并已进行了反
ｄＴＡＥｌ
义基因操作，证明是与果实成熟软化有关的
ＮＲ
酶旧，３６Ｊ。纯化的ＰＧ酶蛋白可在体外促进番茄果皮
ＣＴＲｌ
软化。该酶在果实成熟时新合成，并随成熟过程的进行其活性大大增强１３５Ｉ。ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量在成熟过程中增加１００多倍。番茄成熟突变体ｒｉｎ果实软化少，其ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量也很低，仅为正常果实的１％左右［５，３７｜。
１９８８年，Ｓｍｉｔｈ等人将含５’一端７３０ｂｐ的ＰＧ酶ｃＤＮＡ克隆转入番茄中，降低了ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量，抑制了果实的软化过程，但对其它后熟特性，如色素合成，乙烯合成等均无影响。后来将完整的ＰＧ酶
＊：参照Ｇｒａｙ等贤料整理。
ＰＧ酶反义基因植株的果实，其ＰＧ酶活性降
低，怛在成熟初期，与正常果实软化无明显差异，成
熟后期软化明显低于正常果实【３０｜。这种果实由于果胶物质的降解受到抑制，果实的抗裂性，抗机械损伤及耐运输性能均明显增强［３０＇３８］。并且这种果实可在成熟后期采收，可以获得更好的果实品质。其果汁可溶性固形物含量较高，粘度较大，对番茄加工十分有利。所以１９９４年美国推出了“Ｆｌａｖｒ
ＳａｖｒＴＭ”
；刚Ａ克隆转入番茄中也获得了类似的结果。反义
灌因植物自交，其子代可携带０，１，２个反义基因，说
ＰＧ酶转基因番茄。１９９６年英国也允许将ＰＧ酶转
３１
基因番茄用于番茄加工，展示了很好的应用前景。４．１．２果胶甲酯酶（ＰＥ酶）
ＰＥ酶存在于植物体许多组织中，参与细胞壁果胶物质的脱甲基化。研究表明，植物体中至少存在三种同功酶。果实成熟过程中，ＰＥ酶的脱甲基产物是ＰＧ酶作用的基质∞Ｊ。将从果实中分离的ＰＥ基因反向构建转入植物体中，其果实ＰＥ酶活性大大降低，果胶物质分解受到抑制，可溶性固形物含量提高，但对根和叶片的ＰＥ酶活性无影响Ｍ’８Ｊ。这表明植物体中ＰＥ酶基因间核酸序列存在一定差异，反义基因的抑制作用具有很强的专一性。４．２与乙烯生物合成与信号传导有关的基因
４．２．１
ＡＣＣ合成酶ＡＣＣ合成酶是乙烯生物合成中的第一个关键
酶，Ｓａｔｏ等人１９８９年纯化了该酶，并通过ｃＤＮＡ文库筛选，获得了该酶的基因克隆［２４，３９，４０｜。将ＡＣＣ合成酶反义基因转入番茄中，明显抑制乙烯合成，抑制最强的是约含１０个反义基因拷贝的植株，其乙烯生成仅为正常植株的０．５％¨１｜。其果实成熟过程明显受阻，番茄红素合成减少，软化推迟，呼吸高峰大为降低。这些果实用乙烯处理，其后熟特性明显改变。进一步研究表明，在ＡＣＣ合成酶，ＡＣＣ氧化酶反义基因植物中，有ＰＧ酶ｍＲＮＡ的聚集，但ＰＧ酶蛋白的合成很少，用乙烯处理后，可促进酶蛋白的
合成∽“２ｆ，这表明乙烯在果实成熟过程中是通过基
因转录和翻译过程来调节基因表达【１７｜。
４．２．２
ＡＣＣ氧化酶
ＡＣＣ氧化酶催化ＡＣＣ转化成乙烯。从番茄果实中分离的Ｔｏｍｌ３基因克隆，其ｍＲＮＡ含量在果实，叶片衰老，或受到机械损伤时，都迅速升高ｕ６｜，说明它与乙烯合成具有密切关系，通过将反义Ｔｏｍｌ３基因转入番茄植物中发现，其ｍＲＮＡ含量降低，在果实成熟和叶片受到机械伤害时，乙烯合成减少，果实成熟时，其乙烯生成量仅为正常果实的
５％【４３｜。进一步研究发现，转基因植株中，ＡＣＣ氧
化酶活性明显降低。为了确认该基因编码ＡＣＣ氧化酶，Ｈａｍｉｌｔｏｎ等人将１、ｏｍｌ３基因转入酵母中，
Ｓ口ｃｃ地ｒ０仇ｖ邮ｃＰ化口ｉ豇口８酵母转入Ｔｂｍｌ３基因后，
可将ＡＣＣ转化成乙烯，其特点与植物相似，而正常菌株则不具有这种功能Ｈ２，４３｜。这证明酶Ｔｏｍｌ３是编码ＡＣＣ氧化酶的基因。
对Ｔｏｍｌ３ｃＤＮＡ序列进行同源性分析表明与二氢黄酮．３一脱氢酶同源【４３］，说明从ＡＣＣ转化成乙烯时，含有一个脱氢步骤。ＡＣＣ氧化酶过去很难以
３２
纯化，所以推断可能是一种膜结合酶，后来采用与二
氢黄酮一３一脱氢酶相似的纯化方法（在Ｆｅ２＋，抗坏血酸存在下），可在溶解状态下纯化该酶。说明这是一种可溶性酶，而不是膜结合酶。
进一步研究发现，反义基因植株的果实与正常７果实，成熟始于同一时期，但以后的成熟过程被明显
抑制，抑制程度和采收时间，贮藏条件及植株类型有
关【４４“引。果实在植株上成熟，能明显抑制番茄红素合成、裂果和过熟。采自绿熟期的果实，贮藏在空气申能抑制番茄红素合成和叶绿素降解。采收较晚的
果实对色素合成的抑制作用减弱。果实采后贮于
２０ｍｍ３ｄｍ。３乙烯的条件下，番茄红素合成增加，但
仍低于正常果水平。乙烯处理后，果实也不象正常果那样出现过熟。这些结果及在ｒｉｎ突变体上的实验结果说明，乙烯并不是影响成熟的唯一因素。其作用并不只象一个简单的开关，启动成熟过程，而更象一个变阻调节器的作用，调节着整个成熟过程［７，１７，４６ｆ。。
Ａｙｕｂ等人（１９９６）年将反义ＡＣＣ氧化酶基因转入甜瓜中也获得了与番茄类似的结果。果实乙烯的合成减少了９９．５％，成熟明显被推迟，果实表现了
较好的抗性和耐贮性［４７，４８１。
４．２．３乙烯受体蛋白
早期人们试图通过生物化学方法分离乙烯受体
或乙烯结合蛋白，但均未获得成功【２引。近年来，通过乙烯处理Ａ地６ｉｄｏ邬舔￡＾ｎｚ施咒口后，获得的乙烯不敏感突变体的筛选，从ＥＴＲ突变型中分离出了乙烯受体蛋白基因ＥＴＲｌＨ９Ｉ。该基因编码的蛋白质，Ｎ一端通过一个双硫键形成二聚体与膜结合，Ｃ一端是组氨酸激酶区，与细菌信号传导的双组成系统（ｔｗｏ—
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
ｓｙｔｅｍ）——组氨酸激酶蛋白同源。
ＥＴＲｌ基因在酵母中的表达试验显示，它可通过二聚体与膜结合，并可吸收乙烯【５ｏ｜。这证明ＥＴＲｌ蛋
白是一种乙烯受体蛋白。后来又从Ａｍ６幽筇ｉｓ中
分离出了另一个ＥＴＲｌ同源基因ＥＲＳ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ
ｒｅ—
ｓｐｏｎｓｅ
ｓｅｎＳｏｒ），该基因编码的蛋白质有一个组氨酸
激酶区，Ｎ．端与ＥＴＲｌ同源，但其Ｇ端缺乏吸收区。将其转入正常植株中，则表现为对乙烯不敏感。说明ＥＲＳ也是一个乙烯受体蛋白【２引。此外，Ｓａｋａｉ等
（１９９８年）又分离出了一个新的乙烯受体蛋白基因
ＥＴＲ２Ｌ５１｜。迄今为止，已从Ａｍ６ｉｄｏ痧ｓ妇中分离了五
个乙烯受体基因。这表明乙烯的信号传导是由多基
因控制的。
番茄中ＥＴＲｌ的同源基因ｅＴＡＥｌ已分离出
万方数据
果实成熟的基因调控
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：李正国， Li Zhangguo西南农业大学食品科学学院,重庆市北碚区,400716生物工程进展PROGRESS IN BIOTECHNOLOGY2000,20(3)10次
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关键词
乙烯
果实
成熟
基因调控。
果实是植物为了繁衍后代，保存其种子而形成
的一种特殊器官。由于果实富含营养物质，所以也
２乙烯与果实成熟
是人类的一个重要食物来源。果实的成熟过程经历了一系列特殊的生理生化变化过程，在细胞内酶的作用下，使果实在色泽、风味、香味、质地等特性上发生了深刻的变化。研究果实成熟衰老的基因调控对控制果实的成熟衰老过程具有重要意义。
ｌ果实的成熟过程
乙烯是植物体内最简单的一种激素。研究发现，它对植物的发芽、生长、发育、果实成熟、衰老、脱落及对外界刺激（如干旱、淹水、伤害等）均有重要的
调节作用［１，１０，１１｜。
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随着果实成熟过程的进行，果实中叶绿素逐渐降解，胡萝卜素、花青素逐渐合成，果实呈现出红、
黄、橙等固有的色泽，成为果实成熟最明显的标志。
ｔｅｒｉｃ
ｆｒｕｉｔ）［３，１２’１３］。柑桔、草莓、菠萝等果实成熟过
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有重要的作用。研究表明，呼吸高峰是由乙烯引起的。在果实的呼吸高峰出现之前，伴有一个乙烯的
合成高峰，去除环境中的乙烯可抑制果实成熟，而使
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未熟果实中的新的ＲＮＡ和蛋白质合成ｕ５Ｉ。大量结果显示，乙烯是通过调节果实中的基因表达而影响
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成熟过程［１６＿２０｜。因此乙烯在果实成熟过程中起着
重要调节作用。非跃变型果实的成熟过程，虽然没
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质含量在成熟时迅速增加，与已烯生物合成有关的
有呼吸高峰出现，但也伴有许多基因的表达过程，但究竟是哪种因子起着主要的调节作用，目前尚不太
清楚［２０｜。
由于近年来对乙烯研究的不断深入，乙烯的生物合成途径及其调节已基本清楚［１０，１１，２０・２１，２２ｉ，其中两个关键酶ＡＣＣ合成酶和ＡＣＣ氧化酶已分离定
性［２３，２４｜。乙烯信号传导的受体基因已从果实中分离出来【２５，２６，２７ｆ。但对信号传导过程尚未能完全明
酶类如ＡＣＣ合成酶，ＡＣＣ氧化酶含量均有明显升高。使用ＲＮＡ合成抑制剂和蛋白质合成抑制剂可
抑制果实的成熟过程。这表明果实的成熟过程受到
基因表达的控制。这为成熟基因的克隆和基因表达的人工调控提供了依据。
了［２０’２２］。这些研究结果对解释乙烯与成熟衰老的关系具有重要作用。
３
与果实成熟有关的主要基因克隆
果实成熟的分子生物学研究，最早是通过果实
明反义基因遗传符合孟德尔遗传规律，可稳定遗传给后代。反义基因的纯合体，其ＰＧ酶活性仅为正常果实的１％。这证明反义基因可有效抑制ＰＧ酶基因的表达［３ｏ｜。
表
克隆
ｍＲＮＡ的体外翻译过程来研究果实的成熟过程中
的基因表达。近年来通过对果实ｃＤＮＡ文库的筛选，已获得了大量的基因克隆，并通过反义ＲＮＡ技术对一些克隆的功能进行了深入研
与番茄果实成熟有关的主要ｃＤＮＡ克隆
功能或同源性蛋白酶抑制剂八氢番茄红素合成酶多聚半乳糖醛酸酶
ＡＣｃ氧化酶甘油醛一３一磷酸脱氢酶小分子热击蛋白跨膜溶解运转子组氨酸脱羧酶酸转化酶
乙烯涠节基因，与Ｅ８功镌相同
质体小分子热击蛋白小分子热击蛋白果胶甲酯酶ｕＤＰ．葡糖基转移酶
脱氢酶
根尖诱导蛋白，ＴＵＢ８
不明不明
３．９３
４
染色体定位
７
Ｔｏｍ４
究［５，２３，２４，２８，２９，３０Ｉ。
Ｔｏｍ５
２．３１０
７
１９８５年，Ｓｌａｔｅｒ等人通过对成熟与未成熟番茄
Ｔｏｍ６
果实ｃＤＮＡ文库的筛选，首先分离了１９个与成熟有
Ｔｏｍｌ３
关的ＴＯＭ系列ｃＤＮＡ克隆Ｌ２３｜。这些克隆在成熟
Ｔｏｍ３８
、，３，４，Ｓ，６，６，ｑ
果实中表达较强，而在未成熟果实中表达较弱或不
表达。有几个克隆仅在成熟果实中表达，而在其它组织中则不表达。这说明这些克隆与成熟过程密切
相关。ＭａｎｓＳｏｎ等人（１９８５），通过乙烯处理果实分
Ｔｏｍ６６Ｔｏｍ７５Ｔｏｍ９２Ｔｏｍ９６
离出了一些受乙烯诱导表达的基因克隆，Ｅ４，Ｅ８，
Ｅ１７等［１６，２９１。Ｐｉｃｔｏｎ等人通过对番茄成熟前期正常果实和成熟突变体ｒｉｎ（ｒｉｐｅｎｉｎｇｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）ｃＤＮＡ
Ｔ∞１９９
ＴＤｍｌｌｌＴ０ｍ１２９
文库的筛选，分离出了在正常果实中表达而在ｒｉｎ
ＰＥｌ
７
突变体中不表达的ＥＴＲ系列基因克隆【３１｜。后来通过ＲＦＬＰｓ（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｆｒａｇｍｅｎｔ
ＥＲＴｌ
１０１０
ｌｌ
ｌｅｎｇｔｈｐｏｌｙｍｏｒ．
ＥＲＴｌＯＥＲＴｌ３
ｐｈｉｓｍｓ）分析，许多基因的染色体定位也已确定（表１）。此外在甜瓜、梨、香蕉等果实中也分离出了许多
ＥＲＴｌ４
７
基因［３２＇３３’３４］。这些基因的分离与定性对研究果实
ＥＲＴｌ５
１０
４
的成熟过程起到了积极的推动作用。
ＥＲＴｌ６
趾认刺激蛋白
生物紊结合酶蛋氨酸硫基氧化还原酶
蛋白酶抑制剂ＡＣＣ合成酶硫蛋白酶乙烯受体蛋白乙烯受体蛋白乙烯反应负调节子
４基因功能分析
４．１与细胞壁降解有关的基因
ＥＲＴｌ７Ｅ４Ｅ１７
４．１．１多聚半乳糖醛酸酶（ＰＧ酶）
ｖｖ４Ａ
多聚半乳糖醛酸酶是从果实成熟中分离较早的
Ｃ１４
一种酶旧５Ｊ，编码该酶的基因已分离，并已进行了反
ｄＴＡＥｌ
义基因操作，证明是与果实成熟软化有关的
ＮＲ
酶旧，３６Ｊ。纯化的ＰＧ酶蛋白可在体外促进番茄果皮
ＣＴＲｌ
软化。该酶在果实成熟时新合成，并随成熟过程的进行其活性大大增强１３５Ｉ。ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量在成熟过程中增加１００多倍。番茄成熟突变体ｒｉｎ果实软化少，其ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量也很低，仅为正常果实的１％左右［５，３７｜。
１９８８年，Ｓｍｉｔｈ等人将含５’一端７３０ｂｐ的ＰＧ酶ｃＤＮＡ克隆转入番茄中，降低了ＰＧ酶ｍＲＮＡ含量，抑制了果实的软化过程，但对其它后熟特性，如色素合成，乙烯合成等均无影响。后来将完整的ＰＧ酶
＊：参照Ｇｒａｙ等贤料整理。
ＰＧ酶反义基因植株的果实，其ＰＧ酶活性降
低，怛在成熟初期，与正常果实软化无明显差异，成
熟后期软化明显低于正常果实【３０｜。这种果实由于果胶物质的降解受到抑制，果实的抗裂性，抗机械损伤及耐运输性能均明显增强［３０＇３８］。并且这种果实可在成熟后期采收，可以获得更好的果实品质。其果汁可溶性固形物含量较高，粘度较大，对番茄加工十分有利。所以１９９４年美国推出了“Ｆｌａｖｒ
ＳａｖｒＴＭ”
；刚Ａ克隆转入番茄中也获得了类似的结果。反义
灌因植物自交，其子代可携带０，１，２个反义基因，说
ＰＧ酶转基因番茄。１９９６年英国也允许将ＰＧ酶转
３１
基因番茄用于番茄加工，展示了很好的应用前景。４．１．２果胶甲酯酶（ＰＥ酶）
ＰＥ酶存在于植物体许多组织中，参与细胞壁果胶物质的脱甲基化。研究表明，植物体中至少存在三种同功酶。果实成熟过程中，ＰＥ酶的脱甲基产物是ＰＧ酶作用的基质∞Ｊ。将从果实中分离的ＰＥ基因反向构建转入植物体中，其果实ＰＥ酶活性大大降低，果胶物质分解受到抑制，可溶性固形物含量提高，但对根和叶片的ＰＥ酶活性无影响Ｍ’８Ｊ。这表明植物体中ＰＥ酶基因间核酸序列存在一定差异，反义基因的抑制作用具有很强的专一性。４．２与乙烯生物合成与信号传导有关的基因
４．２．１
ＡＣＣ合成酶ＡＣＣ合成酶是乙烯生物合成中的第一个关键
酶，Ｓａｔｏ等人１９８９年纯化了该酶，并通过ｃＤＮＡ文库筛选，获得了该酶的基因克隆［２４，３９，４０｜。将ＡＣＣ合成酶反义基因转入番茄中，明显抑制乙烯合成，抑制最强的是约含１０个反义基因拷贝的植株，其乙烯生成仅为正常植株的０．５％¨１｜。其果实成熟过程明显受阻，番茄红素合成减少，软化推迟，呼吸高峰大为降低。这些果实用乙烯处理，其后熟特性明显改变。进一步研究表明，在ＡＣＣ合成酶，ＡＣＣ氧化酶反义基因植物中，有ＰＧ酶ｍＲＮＡ的聚集，但ＰＧ酶蛋白的合成很少，用乙烯处理后，可促进酶蛋白的
合成∽“２ｆ，这表明乙烯在果实成熟过程中是通过基
因转录和翻译过程来调节基因表达【１７｜。
４．２．２
ＡＣＣ氧化酶
ＡＣＣ氧化酶催化ＡＣＣ转化成乙烯。从番茄果实中分离的Ｔｏｍｌ３基因克隆，其ｍＲＮＡ含量在果实，叶片衰老，或受到机械损伤时，都迅速升高ｕ６｜，说明它与乙烯合成具有密切关系，通过将反义Ｔｏｍｌ３基因转入番茄植物中发现，其ｍＲＮＡ含量降低，在果实成熟和叶片受到机械伤害时，乙烯合成减少，果实成熟时，其乙烯生成量仅为正常果实的
５％【４３｜。进一步研究发现，转基因植株中，ＡＣＣ氧
化酶活性明显降低。为了确认该基因编码ＡＣＣ氧化酶，Ｈａｍｉｌｔｏｎ等人将１、ｏｍｌ３基因转入酵母中，
Ｓ口ｃｃ地ｒ０仇ｖ邮ｃＰ化口ｉ豇口８酵母转入Ｔｂｍｌ３基因后，
可将ＡＣＣ转化成乙烯，其特点与植物相似，而正常菌株则不具有这种功能Ｈ２，４３｜。这证明酶Ｔｏｍｌ３是编码ＡＣＣ氧化酶的基因。
对Ｔｏｍｌ３ｃＤＮＡ序列进行同源性分析表明与二氢黄酮．３一脱氢酶同源【４３］，说明从ＡＣＣ转化成乙烯时，含有一个脱氢步骤。ＡＣＣ氧化酶过去很难以
３２
纯化，所以推断可能是一种膜结合酶，后来采用与二
氢黄酮一３一脱氢酶相似的纯化方法（在Ｆｅ２＋，抗坏血酸存在下），可在溶解状态下纯化该酶。说明这是一种可溶性酶，而不是膜结合酶。
进一步研究发现，反义基因植株的果实与正常７果实，成熟始于同一时期，但以后的成熟过程被明显
抑制，抑制程度和采收时间，贮藏条件及植株类型有
关【４４“引。果实在植株上成熟，能明显抑制番茄红素合成、裂果和过熟。采自绿熟期的果实，贮藏在空气申能抑制番茄红素合成和叶绿素降解。采收较晚的
果实对色素合成的抑制作用减弱。果实采后贮于
２０ｍｍ３ｄｍ。３乙烯的条件下，番茄红素合成增加，但
仍低于正常果水平。乙烯处理后，果实也不象正常果那样出现过熟。这些结果及在ｒｉｎ突变体上的实验结果说明，乙烯并不是影响成熟的唯一因素。其作用并不只象一个简单的开关，启动成熟过程，而更象一个变阻调节器的作用，调节着整个成熟过程［７，１７，４６ｆ。。
Ａｙｕｂ等人（１９９６）年将反义ＡＣＣ氧化酶基因转入甜瓜中也获得了与番茄类似的结果。果实乙烯的合成减少了９９．５％，成熟明显被推迟，果实表现了
较好的抗性和耐贮性［４７，４８１。
４．２．３乙烯受体蛋白
早期人们试图通过生物化学方法分离乙烯受体
或乙烯结合蛋白，但均未获得成功【２引。近年来，通过乙烯处理Ａ地６ｉｄｏ邬舔￡＾ｎｚ施咒口后，获得的乙烯不敏感突变体的筛选，从ＥＴＲ突变型中分离出了乙烯受体蛋白基因ＥＴＲｌＨ９Ｉ。该基因编码的蛋白质，Ｎ一端通过一个双硫键形成二聚体与膜结合，Ｃ一端是组氨酸激酶区，与细菌信号传导的双组成系统（ｔｗｏ—
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
ｓｙｔｅｍ）——组氨酸激酶蛋白同源。
ＥＴＲｌ基因在酵母中的表达试验显示，它可通过二聚体与膜结合，并可吸收乙烯【５ｏ｜。这证明ＥＴＲｌ蛋
白是一种乙烯受体蛋白。后来又从Ａｍ６幽筇ｉｓ中
分离出了另一个ＥＴＲｌ同源基因ＥＲＳ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ
ｒｅ—
ｓｐｏｎｓｅ
ｓｅｎＳｏｒ），该基因编码的蛋白质有一个组氨酸
激酶区，Ｎ．端与ＥＴＲｌ同源，但其Ｇ端缺乏吸收区。将其转入正常植株中，则表现为对乙烯不敏感。说明ＥＲＳ也是一个乙烯受体蛋白【２引。此外，Ｓａｋａｉ等
（１９９８年）又分离出了一个新的乙烯受体蛋白基因
ＥＴＲ２Ｌ５１｜。迄今为止，已从Ａｍ６ｉｄｏ痧ｓ妇中分离了五
个乙烯受体基因。这表明乙烯的信号传导是由多基
因控制的。
番茄中ＥＴＲｌ的同源基因ｅＴＡＥｌ已分离出
万方数据
果实成熟的基因调控
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：李正国， Li Zhangguo西南农业大学食品科学学院,重庆市北碚区,400716生物工程进展PROGRESS IN BIOTECHNOLOGY2000,20(3)10次
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