植物中多酚氧化酶基因研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-06-16 00:56
多酚氧化酶（PPO）是果蔬發(fā)生酶促褐變的關(guān)鍵酶。在有氧條件下,PPO能夠催化酚類化合物產(chǎn)生醌,而醌能夠進(jìn)一步通過與細(xì)胞內(nèi)大分子聚合反應(yīng)產(chǎn)生色素物質(zhì)沉積在損傷組織表面,從而發(fā)生酶促褐變。酶促褐變導(dǎo)致植物組織表面發(fā)生褐變,并伴隨著果蔬產(chǎn)品營養(yǎng)及感官品質(zhì)的下降,是果蔬等農(nóng)產(chǎn)品加工面臨的主要問題之一。深入了解多酚氧化酶基因?qū)窈罂姑复俸肿兤贩N的培育以及分子改良具有重要意義。因此,本綜述從PPO基因與酶促褐變的關(guān)系、基因表達(dá)模式、蛋白結(jié)構(gòu)、生理功能、以及在茄科類植物上的研究進(jìn)展幾個(gè)方面綜述了近年來對(duì)植物中多酚氧化酶基因的研究成果,以期為作物抗酶褐變分子育種提供參考。
【文章來源】：分子植物育種. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
酪氨酸酶,兒茶酚氧化酶催化酚類化合物氧化為醌的過程
PPO基因在不同的植物中存在形式有較大的差異，在大部分植物中以多基因家族的形式存在。例如，目前已經(jīng)在馬鈴薯中鑒定到9個(gè)，番茄7個(gè)，玉米6個(gè)，大豆11個(gè)，丹參中多達(dá)19個(gè)(Newman et al.1993;Tran et al.,2012;Chi et al.,2014)。且PPO基因往往以串聯(lián)的形式存在，如馬鈴薯的PPO主要串聯(lián)在8號(hào)染色體的一段區(qū)域；番茄的7個(gè)基因位于8號(hào)染色體165 k D的一段區(qū)域(Newman et al.,1993;Chi et al.,2014)。因此，推測PPO基因家族可能是由于基因復(fù)制形成，而在一些植物中的PPO基因在復(fù)制過程中發(fā)生丟失，如擬南芥、綠藻等(Tran et al.,2012)。PPO基因在高等植物中高度保守，且在近源植物中同源性更高(Mishra and Gautam,2016)。如茄科植物中的茄子的SmePPO1(GQ246219)基因與馬鈴薯的POT32(U22921)基因DNA序列相似性為82%，與番茄的PPO D(Z12836.1)基因序列相似性為84.9%，而與蘋果MdPPO4(XM＿008373111.3)的DNA序列相似性僅為40.9%。對(duì)不同種類植物的PPO基因進(jìn)行進(jìn)化樹分析，近源植物的PPO基因之間往往顯示出更近的進(jìn)化關(guān)系(Tran et al.,2012)。此外，大量的研究顯示大部分雙子葉植物的PPO基因沒有內(nèi)含子，而單子葉植物中的一般都有內(nèi)含子。然而，近年來的研究表明，部分雙子葉植物中的PPO基因也存在內(nèi)含子，并且內(nèi)含子可能通過選擇性剪切來影響PPO異構(gòu)體的表達(dá)(Tran and Constabel,2011)。盡管在同一植物種類中，PPO基因具有一定的保守性，但是部分基因的5"-端有一定程度的變異，有觀點(diǎn)認(rèn)為這種變異可能與PPO基因在基因表達(dá)上的差異以及生理功能有關(guān)(Jia et al.,2016)。2.2 PPO蛋白結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
典型的PPO蛋白通常由以下3個(gè)部分組成：N-末端轉(zhuǎn)移肽、雙銅離子活性中心、以及C-末端(Marusek et al.,2006)(圖3)。雙銅離子活性中心主要由CuA和CuB兩個(gè)活性中心組成，每個(gè)銅離子活性中心分別由1個(gè)銅離子和3個(gè)組氨酸殘基組成，CuA和CuB之間由約100個(gè)殘基的肽段連接(Tran et al.,2012)。CuA和CuB結(jié)構(gòu)域在PPO序列中高度保守，可以用來分離某一植物中PPO基因(Tran et al.,2012)。雙銅離子活性中心是PPO活性所必須的，銅離子活性中心的缺失可能導(dǎo)致PPO活性的喪失。盡管CuA和CuB在不同植物種類中表現(xiàn)出高度保守的特點(diǎn)，但是相比之下CuB比CuA具有更高的變異性，這種變異性可能造成不同PPO對(duì)底物的偏向性(Shetty et al.,2011;Tran et al.,2012)。PPO的N-末端(8～12 kD)通常有一個(gè)信號(hào)肽，大部分為葉綠素轉(zhuǎn)移肽(chloroplast transit peptide,cTP)，負(fù)責(zé)將PPO蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體類囊體腔。C-末端有兩個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域PPO1＿PWL和PPO1＿KFDV，關(guān)于其功能目前還沒有確切的論斷，但是有推測認(rèn)為其與PPO酶活性激活有關(guān)。在PPO轉(zhuǎn)錄蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體類囊體膜過程中，通過C-末端的水解作用將其加工成為活性狀態(tài)。研究表明，有些體外轉(zhuǎn)錄的PPO需經(jīng)過蛋白酶、脂肪酸、酸、SDS處理后才具有活性(Kaintz et al.,2014)。2.3 PPO基因的時(shí)空表達(dá)模式
本文編號(hào)：3232044
【文章來源】：分子植物育種. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
酪氨酸酶,兒茶酚氧化酶催化酚類化合物氧化為醌的過程
PPO基因在不同的植物中存在形式有較大的差異，在大部分植物中以多基因家族的形式存在。例如，目前已經(jīng)在馬鈴薯中鑒定到9個(gè)，番茄7個(gè)，玉米6個(gè)，大豆11個(gè)，丹參中多達(dá)19個(gè)(Newman et al.1993;Tran et al.,2012;Chi et al.,2014)。且PPO基因往往以串聯(lián)的形式存在，如馬鈴薯的PPO主要串聯(lián)在8號(hào)染色體的一段區(qū)域；番茄的7個(gè)基因位于8號(hào)染色體165 k D的一段區(qū)域(Newman et al.,1993;Chi et al.,2014)。因此，推測PPO基因家族可能是由于基因復(fù)制形成，而在一些植物中的PPO基因在復(fù)制過程中發(fā)生丟失，如擬南芥、綠藻等(Tran et al.,2012)。PPO基因在高等植物中高度保守，且在近源植物中同源性更高(Mishra and Gautam,2016)。如茄科植物中的茄子的SmePPO1(GQ246219)基因與馬鈴薯的POT32(U22921)基因DNA序列相似性為82%，與番茄的PPO D(Z12836.1)基因序列相似性為84.9%，而與蘋果MdPPO4(XM＿008373111.3)的DNA序列相似性僅為40.9%。對(duì)不同種類植物的PPO基因進(jìn)行進(jìn)化樹分析，近源植物的PPO基因之間往往顯示出更近的進(jìn)化關(guān)系(Tran et al.,2012)。此外，大量的研究顯示大部分雙子葉植物的PPO基因沒有內(nèi)含子，而單子葉植物中的一般都有內(nèi)含子。然而，近年來的研究表明，部分雙子葉植物中的PPO基因也存在內(nèi)含子，并且內(nèi)含子可能通過選擇性剪切來影響PPO異構(gòu)體的表達(dá)(Tran and Constabel,2011)。盡管在同一植物種類中，PPO基因具有一定的保守性，但是部分基因的5"-端有一定程度的變異，有觀點(diǎn)認(rèn)為這種變異可能與PPO基因在基因表達(dá)上的差異以及生理功能有關(guān)(Jia et al.,2016)。2.2 PPO蛋白結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
典型的PPO蛋白通常由以下3個(gè)部分組成：N-末端轉(zhuǎn)移肽、雙銅離子活性中心、以及C-末端(Marusek et al.,2006)(圖3)。雙銅離子活性中心主要由CuA和CuB兩個(gè)活性中心組成，每個(gè)銅離子活性中心分別由1個(gè)銅離子和3個(gè)組氨酸殘基組成，CuA和CuB之間由約100個(gè)殘基的肽段連接(Tran et al.,2012)。CuA和CuB結(jié)構(gòu)域在PPO序列中高度保守，可以用來分離某一植物中PPO基因(Tran et al.,2012)。雙銅離子活性中心是PPO活性所必須的，銅離子活性中心的缺失可能導(dǎo)致PPO活性的喪失。盡管CuA和CuB在不同植物種類中表現(xiàn)出高度保守的特點(diǎn)，但是相比之下CuB比CuA具有更高的變異性，這種變異性可能造成不同PPO對(duì)底物的偏向性(Shetty et al.,2011;Tran et al.,2012)。PPO的N-末端(8～12 kD)通常有一個(gè)信號(hào)肽，大部分為葉綠素轉(zhuǎn)移肽(chloroplast transit peptide,cTP)，負(fù)責(zé)將PPO蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體類囊體腔。C-末端有兩個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域PPO1＿PWL和PPO1＿KFDV，關(guān)于其功能目前還沒有確切的論斷，但是有推測認(rèn)為其與PPO酶活性激活有關(guān)。在PPO轉(zhuǎn)錄蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體類囊體膜過程中，通過C-末端的水解作用將其加工成為活性狀態(tài)。研究表明，有些體外轉(zhuǎn)錄的PPO需經(jīng)過蛋白酶、脂肪酸、酸、SDS處理后才具有活性(Kaintz et al.,2014)。2.3 PPO基因的時(shí)空表達(dá)模式
本文編號(hào)：3232044
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