植物中多酚氧化酶基因研究进展
发布时间：2021-06-16 00:56
多酚氧化酶（PPO）是果蔬发生酶促褐变的关键酶。在有氧条件下,PPO能够催化酚类化合物产生醌,而醌能够进一步通过与细胞内大分子聚合反应产生色素物质沉积在损伤组织表面,从而发生酶促褐变。酶促褐变导致植物组织表面发生褐变,并伴随着果蔬产品营养及感官品质的下降,是果蔬等农产品加工面临的主要问题之一。深入了解多酚氧化酶基因对今后抗酶促褐变品种的培育以及分子改良具有重要意义。因此,本综述从PPO基因与酶促褐变的关系、基因表达模式、蛋白结构、生理功能、以及在茄科类植物上的研究进展几个方面综述了近年来对植物中多酚氧化酶基因的研究成果,以期为作物抗酶褐变分子育种提供参考。
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
酪氨酸酶,儿茶酚氧化酶催化酚类化合物氧化为醌的过程
PPO基因在不同的植物中存在形式有较大的差异，在大部分植物中以多基因家族的形式存在。例如，目前已经在马铃薯中鉴定到9个，番茄7个，玉米6个，大豆11个，丹参中多达19个(Newman et al.1993;Tran et al.,2012;Chi et al.,2014)。且PPO基因往往以串联的形式存在，如马铃薯的PPO主要串联在8号染色体的一段区域；番茄的7个基因位于8号染色体165 k D的一段区域(Newman et al.,1993;Chi et al.,2014)。因此，推测PPO基因家族可能是由于基因复制形成，而在一些植物中的PPO基因在复制过程中发生丢失，如拟南芥、绿藻等(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)基因与马铃薯的POT32(U22921)基因DNA序列相似性为82%，与番茄的PPO D(Z12836.1)基因序列相似性为84.9%，而与苹果MdPPO4(XM＿008373111.3)的DNA序列相似性仅为40.9%。对不同种类植物的PPO基因进行进化树分析，近源植物的PPO基因之间往往显示出更近的进化关系(Tran et al.,2012)。此外，大量的研究显示大部分双子叶植物的PPO基因没有内含子，而单子叶植物中的一般都有内含子。然而，近年来的研究表明，部分双子叶植物中的PPO基因也存在内含子，并且内含子可能通过选择性剪切来影响PPO异构体的表达(Tran and Constabel,2011)。尽管在同一植物种类中，PPO基因具有一定的保守性，但是部分基因的5"-端有一定程度的变异，有观点认为这种变异可能与PPO基因在基因表达上的差异以及生理功能有关(Jia et al.,2016)。2.2 PPO蛋白结构特点
典型的PPO蛋白通常由以下3个部分组成：N-末端转移肽、双铜离子活性中心、以及C-末端(Marusek et al.,2006)(图3)。双铜离子活性中心主要由CuA和CuB两个活性中心组成，每个铜离子活性中心分别由1个铜离子和3个组氨酸残基组成，CuA和CuB之间由约100个残基的肽段连接(Tran et al.,2012)。CuA和CuB结构域在PPO序列中高度保守，可以用来分离某一植物中PPO基因(Tran et al.,2012)。双铜离子活性中心是PPO活性所必须的，铜离子活性中心的缺失可能导致PPO活性的丧失。尽管CuA和CuB在不同植物种类中表现出高度保守的特点，但是相比之下CuB比CuA具有更高的变异性，这种变异性可能造成不同PPO对底物的偏向性(Shetty et al.,2011;Tran et al.,2012)。PPO的N-末端(8～12 kD)通常有一个信号肽，大部分为叶绿素转移肽(chloroplast transit peptide,cTP)，负责将PPO蛋白转运至叶绿体类囊体腔。C-末端有两个保守的结构域PPO1＿PWL和PPO1＿KFDV，关于其功能目前还没有确切的论断，但是有推测认为其与PPO酶活性激活有关。在PPO转录蛋白转运至叶绿体类囊体膜过程中，通过C-末端的水解作用将其加工成为活性状态。研究表明，有些体外转录的PPO需经过蛋白酶、脂肪酸、酸、SDS处理后才具有活性(Kaintz et al.,2014)。2.3 PPO基因的时空表达模式
本文编号：3232044
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
酪氨酸酶,儿茶酚氧化酶催化酚类化合物氧化为醌的过程
PPO基因在不同的植物中存在形式有较大的差异，在大部分植物中以多基因家族的形式存在。例如，目前已经在马铃薯中鉴定到9个，番茄7个，玉米6个，大豆11个，丹参中多达19个(Newman et al.1993;Tran et al.,2012;Chi et al.,2014)。且PPO基因往往以串联的形式存在，如马铃薯的PPO主要串联在8号染色体的一段区域；番茄的7个基因位于8号染色体165 k D的一段区域(Newman et al.,1993;Chi et al.,2014)。因此，推测PPO基因家族可能是由于基因复制形成，而在一些植物中的PPO基因在复制过程中发生丢失，如拟南芥、绿藻等(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)基因与马铃薯的POT32(U22921)基因DNA序列相似性为82%，与番茄的PPO D(Z12836.1)基因序列相似性为84.9%，而与苹果MdPPO4(XM＿008373111.3)的DNA序列相似性仅为40.9%。对不同种类植物的PPO基因进行进化树分析，近源植物的PPO基因之间往往显示出更近的进化关系(Tran et al.,2012)。此外，大量的研究显示大部分双子叶植物的PPO基因没有内含子，而单子叶植物中的一般都有内含子。然而，近年来的研究表明，部分双子叶植物中的PPO基因也存在内含子，并且内含子可能通过选择性剪切来影响PPO异构体的表达(Tran and Constabel,2011)。尽管在同一植物种类中，PPO基因具有一定的保守性，但是部分基因的5"-端有一定程度的变异，有观点认为这种变异可能与PPO基因在基因表达上的差异以及生理功能有关(Jia et al.,2016)。2.2 PPO蛋白结构特点
典型的PPO蛋白通常由以下3个部分组成：N-末端转移肽、双铜离子活性中心、以及C-末端(Marusek et al.,2006)(图3)。双铜离子活性中心主要由CuA和CuB两个活性中心组成，每个铜离子活性中心分别由1个铜离子和3个组氨酸残基组成，CuA和CuB之间由约100个残基的肽段连接(Tran et al.,2012)。CuA和CuB结构域在PPO序列中高度保守，可以用来分离某一植物中PPO基因(Tran et al.,2012)。双铜离子活性中心是PPO活性所必须的，铜离子活性中心的缺失可能导致PPO活性的丧失。尽管CuA和CuB在不同植物种类中表现出高度保守的特点，但是相比之下CuB比CuA具有更高的变异性，这种变异性可能造成不同PPO对底物的偏向性(Shetty et al.,2011;Tran et al.,2012)。PPO的N-末端(8～12 kD)通常有一个信号肽，大部分为叶绿素转移肽(chloroplast transit peptide,cTP)，负责将PPO蛋白转运至叶绿体类囊体腔。C-末端有两个保守的结构域PPO1＿PWL和PPO1＿KFDV，关于其功能目前还没有确切的论断，但是有推测认为其与PPO酶活性激活有关。在PPO转录蛋白转运至叶绿体类囊体膜过程中，通过C-末端的水解作用将其加工成为活性状态。研究表明，有些体外转录的PPO需经过蛋白酶、脂肪酸、酸、SDS处理后才具有活性(Kaintz et al.,2014)。2.3 PPO基因的时空表达模式
本文编号：3232044
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3232044.html
教材专著
