類西柏烷二萜代謝機(jī)理及調(diào)控研究進(jìn)展

王冬，張小全，楊鐵釗，薛剛，李麗華

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州市文化路95號(hào),450002

綜述

類西柏烷二萜代謝機(jī)理及調(diào)控研究進(jìn)展

王冬，張小全，楊鐵釗，薛剛，李麗華

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州市文化路95號(hào),450002

綜述了類西柏烷二萜合成的生化途徑及其調(diào)控因素,并闡述了其在改善作物香味和植物抗蟲方面的作用及研究利用前景。類西柏烷二萜主要存在于煙草屬植物的腺毛分泌物中,在西柏三烯醇合酶（CBTS）和細(xì)胞色素P450加氧酶（CYP450）的催化下經(jīng)脫氧木酮糖磷酸代謝途徑（DXP）合成,這一過程受到基因和多種外界因素的調(diào)控。

類西柏烷二萜；西柏三烯醇合酶；細(xì)胞色素P450加氧酶；香味風(fēng)格；抗蟲性

類西柏烷二萜（Cembranoid diterpenes）較多地存在于煙草屬植物葉片和花的表面分泌物中,主要包括西柏三烯醇（Cembratrien-ol, CBT-ol）和西柏三烯二醇（Cembratrien-diol, CBT-diol）[1],由香葉基香葉基焦磷酸（Geranylgeranyl diphosphate,GGPP）在植物質(zhì)體代謝途徑中的西柏三烯醇合酶（Cembratrienol synthase,CBTS）[2]和 細(xì) 胞 色 素 P450加 氧 酶（Cytochrome P450 hydroxylase, CYP450）[3]的催化作用下合成。這兩種醇分別具有2種同分異構(gòu)體：（1S,2E,4R,7E,11E）-和（1S,2E,4S,7E,11E）-西柏-2,7,11-三烯-4（,6）-（二）醇,即α-和β-西柏三烯（二）醇[4]。通常CBT-diol比CBT-ol含量更多而且分布更加廣泛,在栽培利用的煙草品種中,前者的含量至少比后者高出100倍,是西柏烷二萜最主要的成分[5]。CBT-diol的2種的同分異構(gòu)體含量比例接近3:1,在煙葉的生長和調(diào)制過程中,可降解成多種物質(zhì),包括茄酮、氧化茄酮、酮酸和分支的脂肪族酸[6]。類西柏烷二萜及其降解衍生物不僅與人體感官關(guān)系密切（如煙草香味和吸食質(zhì)量以及一些植物表面清香氣味等）[1,7],而且與昆蟲和微生物具有互動(dòng)性能,具有很好的殺蟲和殺菌活性[3,8-10]。

1 類西柏烷二萜的生物合成

1.1 類西柏烷二帖的生物合成途徑

類西柏烷二萜通常是由植物體內(nèi)的GGPP經(jīng)過CBTS和CYP450的催化作用在脫氧木酮糖磷酸代謝途徑（1-Deoxy-D-Xylulose-5-Phosphate Pathway, DXP）中形成的,GGPP是植物萜類代謝DXP途徑的一種中間產(chǎn)物,由異戊烯焦磷酸（Isopentenyl diphosphate, IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸(Dimethylallyl diphosphate, DMAPP)合成,而其最初的供體是植物糖酵解過程中產(chǎn)生的丙酮酸（Pyruvic acid）和3-磷酸甘油醛（3-phosphoglyceraldehyde）[11]。

在煙草中,西柏烷二萜的合成反應(yīng)大致分為兩步：第一步,GGPP為CBT-ol的形成提供了西柏烷骨架結(jié)構(gòu),在CBTS的作用下,GGPP發(fā)生環(huán)化反應(yīng),形成α-和β-CBT-ol[5]；第二步,經(jīng)過CYP450作用,CBT-ol的第6位碳發(fā)生羥化反應(yīng)形成α-和β-CBT-diol[3]。除CBT-ol之外,還有至少兩種雙萜物質(zhì)由GGPP發(fā)生環(huán)化作用而形成,分別是順-冷杉醇（cisabienol）和類賴百當(dāng)二醇（Labdenediol）,對(duì)它們的形成起催化作用的酶分別是順-冷杉醇環(huán)化酶（cisabienol cyclase）[12]和賴百當(dāng)二萜環(huán)化酶（Labdenediol cyclase）[13]。而且,有研究表明這一系列反應(yīng)只發(fā)生在腺毛的腺體中[14-16]。

圖1 煙草類西柏烷二萜合成途徑[2,3,5,17-18]Fig.1 Biosynthetic pathway of cembranoid diterpenes

1.2 類西柏烷二萜合成途徑中兩個(gè)主要酶

1.2.1 CBTS

CBTS即西柏三烯醇合酶或西柏三烯醇環(huán)化酶,是一種可溶的單分子構(gòu)造的酶,分子質(zhì)量為58 kD,主要存在于煙草屬植物葉片腺毛中,能夠催化GGPP直接發(fā)生環(huán)化反應(yīng)而形成類西柏烷單醇[5,19-20]。目前得到確認(rèn)的3類雙萜環(huán)化酶有西柏三烯醇合酶（環(huán)化酶）（CBTS）、順-冷杉醇環(huán)化酶（Cisabienol Cyclase）和類賴百當(dāng)二萜環(huán)化酶（Labdenediol Cyclase）,它們具有共同的反應(yīng)底物,分別負(fù)責(zé)將GGPP轉(zhuǎn)化合成西柏三烯醇、順-冷杉醇和賴百當(dāng)烯二醇（圖1）,有研究表明,這些酶之間存在競爭關(guān)系,因?yàn)楫?dāng)CBTS活性受到抑制時(shí),會(huì)導(dǎo)致CBT-ol和CBT-diol的減少,而與之使用共同底物的順-冷杉醇和賴百當(dāng)烯二醇的含量得到了升高[2]。這些環(huán)化酶催化形成的代謝產(chǎn)物在生物體內(nèi)發(fā)揮多種生理功能,包括生長調(diào)節(jié)、抗病、抗蟲和改善作物風(fēng)味品質(zhì)等方面[10,21-23]。

Wang 和Wagner等[2]對(duì)CBTS的候選cDNA序列進(jìn)行了鑒定,并進(jìn)行了基因沉默處理后的轉(zhuǎn)基因,在轉(zhuǎn)基因植株中發(fā)現(xiàn)一些CBT-ol和CBT-diol含量極低的個(gè)體腺毛中都具有CYC-1基因缺失的mRNA片段,說明這個(gè)基因（CYC-1,Genebank Accession No.AY049090）的確編碼了CBTS。

1.2.2 CYP450

細(xì)胞色素P450羥化酶是一類在溫和條件下能夠把底物中反應(yīng)惰性的碳?xì)滏I氧化的單加氧酶,廣泛地存在于動(dòng)物、微生物和植物體內(nèi)[24-25]。在真核生物中,CYP450作為一種膜結(jié)合蛋白,主要分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微粒體和線粒體內(nèi)膜上[26]。CYP450被譽(yù)為高等植物中最大的酶蛋白家族[27],家族成員催化的反應(yīng)廣泛而復(fù)雜,主要有烷基的羥化,烯基的環(huán)氧化,烴基的氧化,氮、硫、氧位的脫烷基化,氮位的羥化和氧化,硫位的氧化,氧化性脫氨、脫鹵和脫氫,氧化性的碳碳鍵斷裂及一些還原反應(yīng)等[28]。在煙草中,對(duì)于CYP450及其相關(guān)基因的研究大多數(shù)與抗蟲性有關(guān)。Mao等[29]構(gòu)建CYP450基因CYP6AE14的RNAi載體轉(zhuǎn)化煙草,轉(zhuǎn)基因煙草葉片喂食棉鈴蟲幼蟲后發(fā)現(xiàn)CYP6AE14轉(zhuǎn)錄水平明顯下降,并且幼蟲對(duì)棉酚的敏感性增強(qiáng),棉鈴蟲的生長明顯被抑制,從而提高了害蟲防治效果；張保龍等[30]采用同樣的方法,選取Q型煙粉虱體內(nèi)的一個(gè)CYP450基因CYP6CM1的特異序列,構(gòu)建RNAi載體并轉(zhuǎn)化煙草,喂食煙粉虱后實(shí)現(xiàn)了抗蟲效果。

煙草中負(fù)責(zé)催化CBT-ol發(fā)生羥化反應(yīng)形成CBT-diol的羥化酶來自CYP450酶蛋白家族,有研究表明[3,18],這個(gè)酶僅存在于作物腺毛中,其編碼基因?yàn)镃YP71D16（GenBank Accession No.AF166332）,對(duì)該基因進(jìn)行抑制會(huì)導(dǎo)致CBT-diol的減少和CBT-ol含量的增加。

1.3 類西柏烷二萜生化途徑的調(diào)控

1.3.1 CBTS和CYP450基因的調(diào)控作用

CBTS以GGPP為底物催化合成西柏三烯醇,直接決定著植物腺毛分泌物中CBT-ol和CBT-diol的含量。除CBTS外,在植物中以GGPP為底物發(fā)生環(huán)化作用形成的二萜還有順-冷杉醇和賴百當(dāng)二萜,但GGPP環(huán)化作用的具體走向以及所占比例如何,一方面由底物GGPP的豐富程度決定,另一方面則取決于CBTS以及相關(guān)酶的基因調(diào)控作用。在煙草中,CYC-1基因與CBT-ol的積累密切相關(guān),CYC-1的沉默表達(dá)大大減少了CBT-ol的積累,進(jìn)而影響CBT-diol的形成[2]；在對(duì)真菌中的CYC-1基因進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)該基因表達(dá)情況受2價(jià)鎂離子的調(diào)控[31]。CBT-ol雖然具有豐富的生物活性,但相對(duì)含量較低,絕大多數(shù)CBT-ol經(jīng)CYP450催化形成了類西柏烷二萜的主要成分：CBT-diol。作為編碼CYP450的基因,CYP71D16在類西柏烷二萜合成中發(fā)揮著更加重要的作用。在對(duì)煙草中的CYP71D16進(jìn)行沉默處理后發(fā)現(xiàn),CBT-diol含量驟減,同時(shí)CBT-ol獲得了大量積累,而且植株的抗蟲性得到了提高[3]。因此,利用包括植物類西柏烷二萜在內(nèi)的萜類代謝工程通過分子牧場制造有益的自然產(chǎn)物,具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究前景。

1.3.2 外界環(huán)境因素的調(diào)控作用

許多外界因素如施肥、水分、機(jī)械損傷、光照、土壤和溫度等對(duì)類西柏烷二萜的出現(xiàn)、表面沉積和穩(wěn)定性都有可能造成影響[1]。有研究表明,施氮量對(duì)腺毛分泌物的含量有顯著影響,增施氮肥,植物腺毛分泌物中CBT-diol含量將會(huì)減少[32-33]；時(shí)向東等研究表明,餅肥、腐殖酸與化肥配施能增加煙草葉面腺毛密度[34],但是關(guān)于作物葉片腺毛密度與其分泌物含量的關(guān)系,研究意見不一,陳淑珍等[35]認(rèn)為腺毛數(shù)量與整葉分泌物量正相關(guān),而Nielsen等[36]的研究結(jié)果表明在煙草中一些腺毛密度很小的品系,其腺毛分泌物的含量與腺毛密度呈正相關(guān),而腺毛密度大的品系,其腺毛分泌物的含量與腺毛密度無關(guān)。適度的水分脅迫能提高煙葉表面CBT-diol和蔗糖酯等腺毛分泌物的含量,強(qiáng)降雨會(huì)顯著降低煙葉表面化合物的含量[1,37]。關(guān)于外部刺激,似乎沒有任何證據(jù)證明,當(dāng)煙草屬植株受到昆蟲或者病原體的攻擊時(shí),葉片中包括類西柏烷二萜物質(zhì)在內(nèi)的抗毒素會(huì)發(fā)生誘發(fā)分泌,這可能是由于當(dāng)因外部脅迫誘發(fā)而大量產(chǎn)生植物抗毒素時(shí),葉面分泌物作為第一道防線已經(jīng)存在于成熟的葉片中[1,21]。有研究表明,縮短日照時(shí)數(shù)不利于蠟質(zhì)成分的形成,但是可提高葉片中萜烯類物質(zhì)的產(chǎn)生[38]；而遮蔭條件下,煙草CBT-diol的含量明顯低于正常光照條件[39-40]。Severson等[1]研究認(rèn)為,低溫不利于類西柏烷二萜的合成,高溫環(huán)境能促進(jìn)腺毛生長和腺毛分泌物的合成與轉(zhuǎn)化。

有研究表明,CBTS在pH低于6.8時(shí),活性急劇降低,pH6.8-7.5是其活性適宜范圍[5],與類賴百當(dāng)環(huán)化酶和順冷杉醇環(huán)化酶[13]一樣,2價(jià)陽離子是其活性發(fā)揮的必要條件[20]。CYP450同樣受多種因素調(diào)控而且是極易失活的。目前,已獲得CYP71D16的啟動(dòng)子,可以此調(diào)控植株類西柏烷二萜的合成途徑,提高植株的抗病能力和香味品質(zhì)[41]。不同的外界因素均可調(diào)控植物特定CYP450的表達(dá),植物CYP450基因的表達(dá)表現(xiàn)出生長發(fā)育控制,一般認(rèn)為其表達(dá)與其功能的需要相一致[26]；與此同時(shí),植物CYP450基因的表達(dá)還受到光、脅迫[42-45]以及外來物質(zhì)的誘導(dǎo)[45-47]。

2 類西柏烷二萜的生物降解

目前國內(nèi)外關(guān)于煙葉中CBT-diol的生物降解途徑的研究比較少,而得到眾多學(xué)者公認(rèn)的降解產(chǎn)物主要成分是茄酮（Solanone）[48]。茄酮的化學(xué)名稱為8-甲基-5-異丙基-6,8-壬二烯-2-酮,它是1965年美國煙草化學(xué)家Johnson和Nicholson從調(diào)制后的煙葉中發(fā)現(xiàn)的[49]。Demole和Dietrich在1977年對(duì)CBT-diol的生物降解進(jìn)行了闡述（圖2）[50],在酶解或加熱等條件下,CBT-diol降解,在鍵的斷裂過程中,可產(chǎn)生多種降解產(chǎn)物,其中C13的產(chǎn)物為茄酮。Arnarp等[51]對(duì)CBT-diol的生物轉(zhuǎn)化進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中,CBT-diol的第11位和12位碳之間的雙鍵受到酶的催化,可形成一種不穩(wěn)定的環(huán)氧化合物。結(jié)合Demole等人的研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),此處的環(huán)氧鍵位置即CBT-diol產(chǎn)生茄酮的斷鍵位置。

關(guān)于茄酮的去向,大致可分為3個(gè)方面：在單線態(tài)氧化作用下,茄酮發(fā)生分子重排反應(yīng),形成一種具有香味的環(huán)狀化合物——茄尼呋喃（圖2路線A）；與此同時(shí),在酸的催化下,茄酮烯鍵與水作用形成醇,然后在過氧酸的作用下,形成不穩(wěn)定的環(huán)氧化合物,在酸的催化下這種環(huán)氧化合物的酮基和環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng),進(jìn)一步氧化形成一種具有特殊香味的雜氧雙環(huán)化合物（圖2路線B）；除了烯鍵,茄酮的羰基位置也較易發(fā)生反應(yīng),在過氧酸氧化后,再進(jìn)行堿性還原可得到一種C11的醇,該醇再經(jīng)氧化作用,可形成含羥基的C10不飽和酮,這種酮在酸性介質(zhì)中可環(huán)化成為四氫吡喃的羰基衍生物,經(jīng)進(jìn)一步氧化,可得到重要的香味物質(zhì)α-異丙基丁內(nèi)酯（圖2路線C）。

圖2 煙草類西柏烷二萜降解途徑[48,50]Fig.2 Degradation pathway of cembranoid diterpenes

3 類西柏烷二萜的生物活性

3.1 改善作物風(fēng)味品質(zhì)

許多作物如薄荷[52]、香椿[53]、煙草[54]等腺毛分泌物與香氣關(guān)系密切,這種關(guān)系在煙草屬作物上表現(xiàn)得尤為明顯。有研究人員曾對(duì)成熟期烤煙進(jìn)行葉面分泌物的浸提,發(fā)現(xiàn)葉面分泌物的缺失對(duì)烤煙香味成分和感官質(zhì)量均產(chǎn)生了負(fù)面影響,將提取物還原后煙葉的香氣得到了部分恢復(fù)[55],而類西柏烷二萜是煙葉葉面分泌物的主要成分,能占到分泌物總量60%左右[2],并在調(diào)制后大部分降解產(chǎn)生茄酮及其衍生物等多種香味成分[6],其中茄酮本身就具有很好的香氣,具有類似胡蘿卜的香味和甘草、茶樣芳香,經(jīng)煙草的調(diào)制、陳化進(jìn)一步降解后可產(chǎn)生對(duì)卷煙吃味有重要影響的茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等物質(zhì),其中降茄二酮具有弱的堅(jiān)果香及甜香,在卷煙中可以明顯增加似可可和白肋煙一樣的香味[56]。

3.2 提高植物抗性

腺毛主要分布在植物的莖葉表面,它們的分泌物構(gòu)成了一道潛在的防御害蟲的壁壘,并且這種壁壘的防御性能可以通過代謝工程學(xué)的手段進(jìn)行提升。Wang等[3,57]在用代謝工程學(xué)手段對(duì)煙葉腺毛抗蟲能力的研究中發(fā)現(xiàn),通過反義基因和共抑制的手段對(duì)編碼CYP450的cDNA進(jìn)行下調(diào),導(dǎo)致了CBT-diol的減少,同時(shí)CBT-ol得以積累增加,而植物CBT-ol的過量產(chǎn)生可以提高其對(duì)某些昆蟲的抗性,這可能是由于CBT-ol對(duì)這些昆蟲可以產(chǎn)生毒性所致。通常,包括CBT-ol在內(nèi)的二萜和蔗糖酯是被植物表面的角質(zhì)層所覆蓋的,但當(dāng)害蟲對(duì)植株表面進(jìn)行破壞時(shí),這些非揮發(fā)性成分就會(huì)擺脫角質(zhì)層的束縛而釋放到外部,從而實(shí)現(xiàn)抗蟲效果[58]。有時(shí)類西柏烷二萜具有殺蟲或抗蟲性,而有時(shí)情況恰恰相反,能夠積極參與昆蟲的生活周期,如CBT-ol和CBT-diol可作為活性劑,刺激煙草夜蛾產(chǎn)卵,然而這些活性劑對(duì)于幼蟲的生長卻具有毒害作用[59]。有研究人員評(píng)估了煙草腺毛分泌物對(duì)真菌（煙草霜霉病）的影響,發(fā)現(xiàn)CBT-diol顯示出抗真菌活性[60-61]。

4 類西柏烷二萜的研究和應(yīng)用前景與展望

在類西柏烷二萜的整個(gè)生化途徑中,有多個(gè)酶和基因可被調(diào)控,在過去的研究中,種種證據(jù)表明,通過代謝工程或基因工程學(xué)手段調(diào)控這些酶和基因控制類西柏烷二萜的代謝途徑以提高植物的天然抗蟲性、香味和香氣品質(zhì)[15,62]以及將作物作為“植物工廠”生產(chǎn)易于回收的商業(yè)產(chǎn)品等方面都具有很大的研究和應(yīng)用潛力。如利用基因工程學(xué)手段對(duì)作物的品質(zhì)進(jìn)行遺傳改良,使其釋放特定的香味,甚至可以利用作物生產(chǎn)天然的而非人工合成的香料。隨著人們對(duì)類西柏烷二萜代謝機(jī)理及分子調(diào)控認(rèn)識(shí)的逐漸深入,一種安全的、無公害的病蟲害防治新途徑可能被發(fā)現(xiàn)。如利用轉(zhuǎn)基因手段使一些無西柏烷類物質(zhì)產(chǎn)生的作物具有這種物質(zhì)的分泌功能并產(chǎn)生抗性；或構(gòu)建作物多樣性種植模式,優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,充分利用類西柏烷二萜的殺蟲作用以降低同種害蟲對(duì)其它作物的危害,建立安全、和諧的農(nóng)田或菜田生態(tài)系統(tǒng)等。

[1]Severson R F, Johnson A W, Jackson D M.Cuticular constituents of tobacco: factors affecting their production and their role in insect and disease resistance and smoke quality [J].Adv Tob Sci, 1985, 11: 105-173.

[2]Wang Erming, Wagner G J.Elucidation of the functions of genes central to diterpene metabolism in tobacco trichomes using posttranscriptional gene silencing [J].Planta, 2003,216: 686-691.

[3]Wang Erming, Wang R, DeParasis J, et al.Suppression of a P450 hydroxylase gene in plant trichome glands enhances natural-product-based aphid resistance[J].Nat Biotech,2001, 19: 371-374.

[4]Wahlberg I, Eklund A M.Cembranoids, pseudopteranoids,and cubitanoids of natural occurrence.In: Fortschritter der Chemi Organischer Natursfotte [M].New York: Springer Verlag, 1992, 59: 141-294.

[5]Guo Zhenhua, Wagner G J.Biosynthesis of cembratrienols in cell-free extracts from trichomes of Nicotiana tabacum [J].Plant Science, 1995, 110: 1-10.

[6]史宏志, 劉國順.煙草香味學(xué)[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2011: 56-95.

[7]Enzell C R, Wahlberg I.Leaf composition in relation to smoking quality and aroma [J].Rec Adv Tobacco Sci, 1980,6: 64-122.

[8]Johnson A W, Severson R F.Physical and chemical leaf surface characteristics of aphid resistant and susceptible tobacco [J].Tobacco Sci, 1982, 26: 98-102.

[9]Kennedy B S, Nielsen M T, Severson R F, et al.Leaf surface chemicals from Nicotiana affecting germination of Peronospora tabacina (ADAM) sporangia [J].J Chem Ecol,1992, 18: 1467-1479.

[10]Cutler H C, Severson R F, Cole P D, et al.Secondary metabolites from higher plants:their possible role as biological control agents.In: Natural Resistance of Plants to Pests: Role of Allelochemicals, ACS Symposium Series No.296 [M].Washington DC: American Chemical Society,1986, 178-196.

[11]Lichtenthaler H K.The 1-deoxy-D-xylose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants [J].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Bio,1999, 50: 47-55.

[12]Guo Zhenhua, Severson R F, Wagner G J.Biosynthesis of the diterpene cis-abienol in cell-free extracts of tobacco trichomes [J].Arch Biochem Biophys,1994, 308: 103-108.

[13]Guo Zhenhua, Wagner G J.Biosynthesis of labdenediol and sclareol in cell-free-extracts from trichomes of Nicotianaglutinosa [J].Planta, 1995, 197: 627-632.

[14]Kandra L, Wagner G J.Studies of the site and mode of biosynthesis of tobacco trichome exudate components [J].Arch Biochem Biophys,1988, 265: 425-432.

[15]Wagner G J.Secreting glandular trichomes: more than just hairs[J].Plant Physiol, 1991, 96: 675-679.

[16]Keene C K, Wagner G J.Direct demonstration of duvatrienediol biosynthesis in glandular heads of tobacco trichomes[J].Plant Physiol, 1985, 79: 1026-1032.

[17]El Sayed K A, Laphookhieo S, Yousaf M, et al.Semisynthetic and Biotransformation Studies of(1S,2E,4S,6R,7E,11E)-2,7,11-Cembratriene-4,6-diol[J].J Nat Prod,2008, 71: 117-122.

[18]Ennajdaoui H, Vachon G, Giacalone C, et al.Trichome specific expression of the tobacco (Nicotiana sylvestris)cembratrien-ol synthase genes is controlled by both activating and repressing cis-regions[J].Plant Mol Biol,2010, 73: 673-685.

[19]Reid W W.The biosynthesis of terpenoids in two varieties of Nicotiana tabacum[J].Ann Tabac Sect.SEITA.,1974:156-176.

[20]Gershenzon J, Croteau R B.Terpenoid biosynthesis:the basic pathways and formation of monoterpenes,sesquiterpenes, and diterpenes.In: TS.Moore (Ed.), Plant Lipid Metabolism in Plants [M].Boca Raton: CRC Press,1993, 339-388.

[21]Davis D L, Nielsen M T.煙草——生產(chǎn), 化學(xué)和技術(shù)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003: 251-269.

[22]Shinozaki Y, Matsuzaki T, Suhara S, et al.New types of glycolipids from the surface lipids of Nicotiana umbratica[J].Agric Biol Chem, 1991, 55(3): 751-757.

[23]Cutler H G, Severson R F, Cole P D, et al.The biological activity of some mixed sucrose and glucose esters from exotic tobacco cultivars[J].Quarterly PGRSA, 1992, 20:18-28.

[24]Chapple C.Molecular-genetic analysis of plant cytochrome P450-dependent monooxygenases[J].Rev Plant Physiol Plant Mol Biol, 1998, 49: 311-343.

[25]劉宛, 李培軍, 周啟星, 等.植物細(xì)胞色素P450酶系的研究進(jìn)展及其與外來物質(zhì)的關(guān)系[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2001, 2(5): 1-9.

[26]王斌, 李德遠(yuǎn).細(xì)胞色素P450的結(jié)構(gòu)與催化機(jī)理[J].有機(jī)化學(xué), 2009, 29(4): 658-662.

[27]Werck-Reichhart D, Feyereisen R.Cytochromes P450: a success story[J], Genome Biol, 2000, 1(6): 1-9.

[28]余小林, 曹家樹, 崔輝梅, 等.植物細(xì)胞色素P450[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志, 2004, 26: 561-566.

[29]Mao Yingbo, Cai Wenjuan, Wang Jiawei, et al.Silencing acotton bollworm P450 monooxygenase gene by plantmediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol [J].Nature Biotechnology, 2007, 25: 1307-1313.

[30]張保龍, 胡雪紅, 陳天子, 等.CYP6CM1基因RNA干擾載體的構(gòu)建及轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)煙粉虱抗藥性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 28(4): 717-721.

[31]Hamano Y, Kuzuyama T, Itoh N, et al.Functional Analysis of Eubacterial Diterpene Cyclases Responsible for Biosynthesis of a Diterpene Antibiotic, Terpentecin[J].J Biol Chem, 2002, 277 (40): 37098-37104.

[32]Court W A, Elliot J M, Hendel J G.Influence of applied nitrogen fertilization on certain lipids, terpenses and other characteristics of flue-cured tobacco[J].Tobacco Science,1984(28): 59-72.

[33]Gamou K, Kawashima N.Studies on leaf surface lipid of tobacco: Compositional change in alkane during growth and senescence of leaf[J].Agri Biol Chem, 1979, 43(10): 2163-2168.

[34]時(shí)向東, 劉國順, 韓錦峰, 等.不同類型肥料對(duì)烤煙葉片腺毛密度種類及分布規(guī)律的影響[J].中國煙草學(xué)報(bào).1999, 5(2): 19-22.

[35]陳淑珍, 馬長力, 高致明, 等.煙草葉片腺毛發(fā)育及其分泌活動(dòng)對(duì)煙葉品質(zhì)的影響[J].煙草科技, 1993, 101(4):32-36.

[36]Nielsen M T, Severson R F.Variation of flavor components on leaf surfaces of tobacco genotypes differing in trichome density[J].J Agric Food Chem.1990, 38(2): 467-471.

[37]朱顯靈, 潘文杰, 陳懿, 等.不同氣候條件下煙葉腺毛分泌物主要成分的差異分析[J].煙草科技.2011, 282(1):60-65.

[38]李章海, 李繼新, 潘文杰, 等.貴州不同生態(tài)區(qū)域烤后煙葉表面提取物差異及其對(duì)煙葉風(fēng)格的影響[J].中國煙草科學(xué), 2011, 32(5): 1-5.

[39]翁夢苓, 粱志敏, 崔紅, 等.遮蔭對(duì)煙草腺毛形態(tài)結(jié)構(gòu)及其分泌物含量的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008,42(6): 613-618.

[40]邸慧慧, 史宏志, 張大純.煙草葉片腺毛及其分泌物研究進(jìn)展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2009, 37(8): 61-64.

[41]Wang Erming, Gan S, Wagner G J.Isolation and characterization of the CYP71D16 trichome-specific promoter from Nicotiana tabacum[J].J Exp Bot, 2002,53(376): 1891-1897.

[42]Bolwell G P, Bozak K, Zimmerlin A.Plant cytochrome P450[J].Phytochemistry,1994.37(6): 1491-1506.

[43]趙劍, 楊文杰.細(xì)胞色素P450與植物的次生代謝[J].生命科學(xué),1999, 11(3): 127-131.

[44]彭芳.細(xì)胞色素P450在有機(jī)磷農(nóng)藥研究中的作用[J].中國公共衛(wèi)生, 1993, 9(4): 156-157.

[45]Korte F, Kvesitadze G, Ugrekhelidze D, et al.Organic toxicants and plants[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2000, 47: 1-26.

[46]Robert P D, Douglas G L.Multiple Forms of plant Cytochrome P450[J].Plant Physiology,1991, 96: 669-674.

[47]Mary A S.Plant Cytochrome P450 monooxygenases[J].Critical Review in Plant Sciences, 1996, 15(3): 235-284.

[48]王瑞新.煙草化學(xué)[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003:202-203.

[49]Johnson R R, Nicholson J A, The structure, chemistry, and synthesis of solanone.A New Anomalous Terpenoid Ketone from Tobacco[J].J Org Chem,1965, 30: 2918-2921.

[50]Demole E, Dietrich P.The chemistry of burley tobacco flavour[C].ACS National Meeting, New Orleans.1977.

[51]Arnarp J, Chu W L A, Enzell C R, et al.Tobacco chemistry.77: Biotransformations of a major tobacco cembratrienediol using plant cell cultures of Nicotiana sylvestris[J].Acta chemica scandinavica, 1993, 47(7): 689-694.

[52]閻先喜,胡正海.薄荷盾狀腺毛分泌過程的超微結(jié)構(gòu)研究[J].西北植物學(xué)報(bào), 1998, 18(2): 256- 261.

[53]陳鐵山,崔宏安,童小燕,等.香椿嫩質(zhì)、葉分泌結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)研究[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 27(6): 85-88.

[54]史宏志, 官春云.煙草腺毛分泌物的化學(xué)成分及遺傳[J].作物研究, 1995, 9(3): 46-49.

[55]冀浩, 李雪君, 趙永振, 等.浸提葉面分泌物對(duì)烤煙品質(zhì)的影響[J].中國煙草科學(xué),2008, 29(2): 13-17.

[56]Martens M, Dalen G A, Russwuvm H.Flavour science and technology[M].New York: John Wiley and Sons Ltd,1987:101-106.

[57]Wang Erming, Hall J T, Wagner G J.Transgenic Nicotiana Tabacum L.with enhanced trichome exudate cembratrieneols has reduced aphid infestation in the field[J].Mol Breed, 2004, 13: 49-57.

[58]Lin Y, Wagner G J.Surface disposition and stability of pestinteractive, trichome-exudated diterpenes and sucrose esters of tobacco[J].J Chem Ecol,1994, 20:1907-1921.

[59]Severson R F, Chortyk O T, Stephenson M G, et al.Characterization of natural pesticides from Nicotiana gossei[M].Washington, DC: Naturally Occurring Pest Bioregulators, ACS, 1993:1-21.

[60]Menetrez M L, Spurr, Jr H W, Danehower D A, et al.Influence of tobacco leaf surface chemicals on germination of Peronospora tabacina adam sporangia[J].Journal of Chemical Ecology, 1990, 16(5): 1565-1576.

[61]Kennedy B S, Severson R F, Nielsen M T.Biorationals from Nicotiana protect cucumvers against colletotrichum lagenarium (pass) ell and halst disease development[J].Journal of Chemical Ecology.1995, 21(2): 221-231.

[62]Gadani F, Ayers D.Hempfling W.Tobacco: a tool for plant genetic engineering research and molecular farming[J].Agro-food-industry Hitech, 1995, 6:1-19; 7:3-6.

Research progress on metabolic mechanism of cembranoid diterpenes and its regulation

WANG Dong, ZHANG Xiaoquan, YANG Tiezhao, XUE Gang,Li Lihua
Tobacco College of Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China

Biosynthetic and metabolic pathway and regulatory factors of cembranoid diterpenes were introduced, and its application prospective on aroma-improving and insect-resistant were also discussed.Cembranoid diterpenes mainly exists in glandular trichome secretion of Nicotiana plant.It was produced through plastidic deoxyxylulose phosphate (DXP) pathway with cembratrien-ol synthase(CBTS) and cytochrome P450 oxygenase (CYP450) as catalyzer.This process was regulated by gene and various external factors.

cembranoid diterpenes; cembratrien-ol synthase; cytochrome p450 monooxygenase; aroma style; insect resistance

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.019

TS413 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）03-0113-06

中國煙草總公司科技重點(diǎn)項(xiàng)目（110201002008）

王冬（1985—）,博士研究生,研究方向?yàn)闊煵葸z傳育種與生理,Email: wangdong0629@163.com

楊鐵釗（1955—）,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事煙草遺傳育種研究,Email: yangtiezhao@126.com

2013-04-16