植物中多酚氧化酶基因研究進展
發(fā)布時間：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展幾個方面綜述了近年來對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，番茄7個，玉米6個，大豆11個，丹參中多達19個(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號染色體的一段區(qū)域；番茄的7個基因位于8號染色體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%。對不同種類植物的PPO基因進行進化樹分析，近源植物的PPO基因之間往往顯示出更近的進化關(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(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，有觀點認(rèn)為這種變異可能與PPO基因在基因表達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
典型的PPO蛋白通常由以下3個部分組成：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兩個活性中心組成，每個銅離子活性中心分別由1個銅離子和3個組氨酸殘基組成，CuA和CuB之間由約100個殘基的肽段連接(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，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)通常有一個信號肽，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)運至葉綠體類囊體腔。C-末端有兩個保守的結(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基因的時空表達模式
本文編號：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，番茄7個，玉米6個，大豆11個，丹參中多達19個(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號染色體的一段區(qū)域；番茄的7個基因位于8號染色體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%。對不同種類植物的PPO基因進行進化樹分析，近源植物的PPO基因之間往往顯示出更近的進化關(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(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，有觀點認(rèn)為這種變異可能與PPO基因在基因表達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
典型的PPO蛋白通常由以下3個部分組成：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兩個活性中心組成，每個銅離子活性中心分別由1個銅離子和3個組氨酸殘基組成，CuA和CuB之間由約100個殘基的肽段連接(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，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)通常有一個信號肽，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)運至葉綠體類囊體腔。C-末端有兩個保守的結(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基因的時空表達模式
本文編號：3232044
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