紫黄质脱环氧化酶的某些特性和研究方法

紫黄质脱环氧化酶是高等植物体内叶黄素循环的关键酶,它催化紫黄质脱环氧化生成花药黄质和玉米黄质,在这个过程中伴随着过剩光能的热耗散.文中主要对此酶的性质、功能、研究方法以及分子生物学等内容作了简要介绍.     

光温交叉胁迫对菜豆幼苗叶黄素循环启动的影响

弱光下,温度胁迫很难启动叶黄素循环,仅在高温下生成少量玉米黄质。随光强的上升,玉米黄质的生成量增加,紫黄质脱环化状态相应增大。强光高温最大程度上启动叶黄素循环。紫黄质脱环化抑制剂二硫苏糖醇的引入抑制玉米黄质的形成,但紫黄质的脱环化状态仍可由于环氧玉米黄质的形成而增加。     

植物β-胡萝卜素羟化酶研究进展

-β胡萝卜素羟化酶是植物类胡萝卜素合成代谢中的关键酶,它催化了植物中β-胡萝卜素经中间产物β-隐黄素合成玉米黄素的过程。β-胡萝卜素羟化酶广泛存在于植物、蓝藻和细菌等生物中,其基因在植物中成对出现,在原核生物中则处于基因簇内。该酶是一种非血红素双铁单加氧酶,分子中有富含组氨酸的模体。多种生物的β-羟化酶基因已被克隆并分别在细菌、蓝藻或植物中表达。玉米黄素能帮助植物抵御胁迫环境,β-隐黄素对癌症等人类疾病有抑制作用。采用基因工程手段改造β-羟化酶基因,将为培养高抗逆性作物和大规模生产β-隐黄素提供新途径。     

植物组织中叶黄素循环组分的高效液相色谱分析法

AnalysisoftheXanthophyllCycleComponentsinPlantTissuesbyHighPer－formanceLiquidChromatographyZHAOShi－Jie,MENGQing－Wei,XUChang－Cheng,HANHong－Yan,ZOUQi（LaboratoryofPlantPhysiologyandBio-chemistry,ShandongAgriculturalUninersity,Taian271018）##D近几年来,叶黄素循环在耗散过剩光能,保护光合机构兔受强光破坏中的作用受到了普遍的关注[2,4]。在此循环中,其关键组分玉米黄质（zeaxanthin）是由紫黄质（violaxanthin）通过环氧玉米黄质（antheraxanthin）形成的。这3个组分可随光照条件的改变而…     

天线蛋白和类囊体膜脂对光合系统紫黄质循环的调节作用研究进展

紫黄质循环是紫黄质(V)经过中间物单环氧玉米黄质(A)形成玉米黄质(Z)的可逆转换,是光合系统聚光复合体在低光下的聚光状态与高光下的能量耗散状态之间的转换开关.叶黄素中的玉米黄质可钝化(去激发)激发三线态叶绿素(3Chl*)和激发单线态氧(1O2*),紫黄质循环可直接或间接地通过非光化学淬灭(NPQ)耗散PSⅡ天线蛋白中的过量光能.天线蛋白被认为是依赖玉米黄质(Z)耗散过量光能的部位,天线蛋白通过结合紫黄质循环组分(V,A和Z)来调节紫黄质循环.类囊体膜脂的性质和结构影响紫黄质循环组分(V,A和Z)间的转换,V的脱环氧化速率依赖于V在类囊体膜脂上侧向扩散的速率,紫黄质脱环氧化作用第一步(由V到A的转换)的速度常数是第二步(由A到Z的转换)速度常数的4～6倍.现有的结果表明,天线蛋白和类囊体膜脂是紫黄质循环最基本的调节器.该文对近年来国内外关于紫黄质循环的基本反应及其功能、紫黄质循环酶结构性质和辅因子以及天线蛋白和类囊体膜脂对紫黄质循环的调节作用及其机理等方面的研究进展进行了综述.     

低温强光下籼粳稻紫黄质脱环氧化酶活性和类囊体膜脂不饱和度的变化

为了阐明籼稻(Oryza sativa L.spp.indica)、粳稻(O.sativa L.spp.japonica)对低温强光敏感件的差异,着重研究了低温强光下水稻类囊体膜脂不饱和度与叶黄素循环的变化。随着低温强光处理时间的延长,类囊体膜脂不饱和脂肪酸含量降低,饱和脂肪酸含量增加,因而膜脂不饱和指数(IUFA)下降。同时,叶黄素循环的关键酶——紫黄质脱环氧化酶(VDE)活性降低,叶黄素循环组分中紫黄质(V)含量增加,而单环氧玉米黄质(A)和玉米黄质(Z)的含量减少,表现为(A Z)／(A Z V)比值下降。Arrhenius分析证明,VDE对低温和膜脂不饱和度都敏感。相关分析表明,类囊体IUFA分别与VDE活性、(A Z)／(A Z V)和D1蛋白量呈显著的正相关。与粳稻9516相比,籼稻汕优63类囊体膜的IUFA较低,低温下类囊体膜脂流动性和稳定性较筹,VDE活性和(A Z)／(A Z V)比值较低。     

高等植物脱落酸生物合成的酶调控

高等植物ABA 的生物合成开始于细胞质内的甲瓦龙酸（MVA）或位于叶绿体内的丙酮酸_硫胺素焦磷酸（TPP）,经一系列反应最后在质体或胞质中形成的。除胁迫或植物发育中生理变化引起的诱导外,ABA的合成还受到一系列酶的调控,其中,玉米黄质环氧化酶（ZE）,9_顺环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）和醛氧化酶（AO）可能起到重要的调节作用。本文介绍近年来ABA生物合成酶调控的研究进展。     

产玉米黄质的人工酵母细胞的构建

为了实现微生物异源合成天然类胡萝卜素玉米黄质,以一株产β-胡萝卜素的酿酒酵母为底盘细胞,利用合成生物学技术构建人工酵母细胞。通过在染色体整合玉米黄质生物合成关键酶-β-胡萝卜素羟化酶（CrtZ）,并对其9种来源进行筛选,发现整合欧文氏菌来源的β-胡萝卜素羟化酶的菌株获得玉米黄质的最高产量。法尼基焦磷酸（FPP）作为合成萜烯类天然产物的重要前体,通过敲除 Lpp1和Dpp1 基因,削减法尼基焦磷酸向法呢醇的转化,为玉米黄质的合成提供更多的前体,使玉米黄质的产量提高了1.27倍（从29 mg/L提高到36.8 mg/L）。在此基础上,通过增加欧文氏菌来源CrtZ的基因拷贝数及调节其启动子的强弱来增强β-胡萝卜素羟化酶的表达强度,使得玉米黄质的摇瓶产量达到96.2 mg/L,是目前公开报道中产量最高的。     

高等植物脱落酸生物合成的酶调控

高等植物ABA的生物合成开始于细胞质内的甲瓦龙酸 (MVA)或位于叶绿体内的丙酮酸_硫胺素焦磷酸 (TPP) ,经一系列反应最后在质体或胞质中形成的。除胁迫或植物发育中生理变化引起的诱导外 ,ABA的合成还受到一系列酶的调控 ,其中 ,玉米黄质环氧化酶 (ZE) ,9_顺环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)和醛氧化酶 (AO)可能起到重要的调节作用。本文介绍近年来ABA生物合成酶调控的研究进展。     

低温强光下籼粳稻紫黄质脱环氧化酶活性和类囊体膜脂不饱和度的变化

为了阐明籼稻(oryza sativa L.spp.indica)、粳稻(O.sativa L.spp.japonica)对低温强光敏感性的差异,着重研究了低温强光下水稻类囊体膜脂不饱和度与叶黄素循环的变化.随着低温强光处理时间的延长,类囊体膜脂不饱和脂肪酸含量降低,饱和脂肪酸含量增加,因而膜脂不饱和指数(IUFA)下降.同时,叶黄素循环的关键酶--紫黄质脱环氧化酶(VDE)活性降低,叶黄素循环组分中紫黄质(V)含量增加,而单环氧玉米黄质(A)和下米黄质(Z)的含量减少,表现为(A+Z)/(A+Z+V)比值下降.Arrhenius分析证明,VDE对低温和膜脂不饱和度都敏感.相关分析表明,类囊体IUFA分别与VDE活性、(A+Z)/(A +Z+V)和D1蛋白量呈显著的正相关.与粳稻9516相比,籼稻油优63类囊体膜的IUFA较低,低温下类囊体膜脂流动性和稳定性较差,VDE活性和(A+Z)/(A+Z+V)比值较低.     

过表达枸杞LcCHYB基因提高洋桔梗抗氧化性的研究

非生物胁迫造成植物胞内产生大量活性氧ROS和自由基,导致植物细胞结构及酶系统受到破坏。类胡萝卜素是植物胞内重要的抗氧化物质,与植物的抗氧化功能有重要关系。为了提高洋桔梗的抗氧化性,将来自枸杞(Lycium Chinense Miller)的β-类胡萝卜素羟化酶基因(Lc CHYB)导入洋桔梗中,研究结果表明以10%过氧化氢胁迫洋桔梗叶片20 min后,转基因洋桔梗叶片中总类胡萝卜素、玉米黄质含量及叶黄素循环池容量显著提高,同时对光合荧光参数和抗氧化酶系统的酶活性也进行探讨,发现转基因洋桔梗相对于野生型植株对氧化胁迫的耐受性也有了显著的提高。     

水稻幼苗不同叶位的叶片叶绿素荧光和类胡萝卜素的生物合成对高光胁迫的响应

研究了水稻 (OryzasativaL .)幼苗叶片生长过程中叶绿素荧光和类胡萝卜素各组分含量的变化以及它们对高光胁迫的响应。结果表明 :随着叶片的衰老 ,光合速率、类胡萝卜素不同组分及总的类胡萝卜素含量和叶黄素循环库下降 ;不同叶龄的叶片经高光胁迫后 ,第 5叶 (成熟叶 )qN增加的幅度比第 6叶 (幼嫩叶 )和老叶 (第 3和 4叶 )大 ;与高光胁迫前相比 ,第 3、4、5和 6叶光系统Ⅱ激发压 (1-qP)分别增加了 4 4 %、5 7%、19%和 4 5 % ;第 5叶具有高胡萝卜素含量和高紫黄质到玉米黄质的转化 ,这与其呈现较强的抗高光胁迫相一致。水稻叶片抵御光抑制的能力与类胡萝卜素水平和类胡萝卜素的生物合成能力以及叶片所处的生长时期相关。     

日克隆成功柑橘抗癌成分β隐黄素合成酶

《日经生物技术》１９９９年４月１２日第１１页报道：农林水产省果树试验场小组成功地克隆了柑橘类具有抗癌作用的β隐黄素合成酶基因。β隐黄素是人们所熟知的植物机能性成分———胡萝卜素的一种。动物试验证明,它的抗癌能力比菌脂色素等其他胡萝卜素类强,抑制癌症效果好。这项技术有可能应用于开发大量蓄积β隐黄素的新植物品种和利用微生物等低成本生物大量生产该物质。成果的详细情况于３月３０日在仙台市召开的日本植物生理学会上发表。这次果树试验场小组克隆的是从β胡萝卜素生物合成β隐黄素的酶———β隐黄素氢氧化酶（Ｃｉｔ…     

水稻幼苗不同叶位的叶片叶绿素荧光和类胡萝卜素的生物合成对高光胁迫的响应

研究了水稻(Oryza sativa L.)幼苗叶片生长过程中叶绿素荧光和类胡萝卜素各组分含量的变化以及它们对高光胁迫的响应.结果表明:随着叶片的衰老,光合速率、类胡萝卜素不同组分及总的类胡萝卜素含量和叶黄素循环库下降;不同叶龄的叶片经高光胁迫后,第5叶(成熟叶)qN增加的幅度比第6叶(幼嫩叶)和老叶(第3和4叶)大;与高光胁迫前相比,第3、4、5和6叶光系统Ⅱ激发压(1-qP)分别增加了44%、57%、19%和45%;第5叶具有高胡萝卜素含量和高紫黄质到玉米黄质的转化,这与其呈现较强的抗高光胁迫相一致.水稻叶片抵御光抑制的能力与类胡萝卜素水平和类胡萝卜素的生物合成能力以及叶片所处的生长时期相关.     

高等植物脱落酸生物合成途径及其酶调控

脱落酸（ABA）生物合成一般有两条途径：C15直接途径和C40间接途径, 前者经C15法呢焦磷酸（FPP）直接形成ABA;后者经由类胡萝卜素的氧化裂解间接形成ABA, 是高等植物ABA生物合成的主要途径。9-顺式环氧类胡萝卜素氧化裂解为黄质醛是植物ABA生物合成的关键步骤, 然后黄质醛被氧化形成一种酮, 该过程需NAD为辅因子, 酮再转变形成ABA-醛, ABA-醛氧化最终形成ABA。在该途径中,玉米黄质环氧化酶（ZEP）、9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）和醛氧化酶（AO）可能起重要作用。     

高等植物脱落酸生物合成途径及其酶调控

脱落酸(ABA)生物合成一般有两条途径:C15直接途径和C40间接途径,前者经C15法呢焦磷酸(FPP)直接形成ABA;后者经由类胡萝卜素的氧化裂解间接形成ABA,是高等植物ABA生物合成的主要途径.9-顺式环氧类胡萝卜素氧化裂解为黄质醛是植物ABA生物合成的关键步骤,然后黄质醛被氧化形成一种酮,该过程需NAD为辅因子,酮再转变形成ABA-醛,ABA-醛氧化最终形成ABA.在该途径中,玉米黄质环氧化酶(ZEP)、9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)和醛氧化酶(AO)可能起重要作用.     

类胡萝卜素对亚油酸甲酯氧化的抑制作用

研究溶液中类胡萝卜素对2 ,2’ -偶氮二 (2 ,4短杠二甲基戊腈 ) (AMVN)引发的亚油酸甲酯氧化的抑制作用及色素的消耗变化。表明 β-胡萝卜素 ,叶黄素及胭脂树橙都按依赖于剂量的方式抑制亚油酸甲酯氢过氧化物的形成。41.7×10 -6mol/L的叶黄素及玉米黄质的抑制活性相近 ,高于β-胡萝卜素与胭脂树橙的活性 ,后两者活性近似。在83.3×10 -6mol/L浓度下鸡油菌黄质活性高于叶黄素 ,后者又高于 β-胡萝卜素与胭脂树橙 ,最后两者仍近似。结果表明下列五种类胡萝卜素对亚油酸甲酯氧化的抑制能力为 :鸡油菌黄质>玉米黄质≈叶黄素> β-胡萝卜素≈胭脂树橙。类胡萝卜素在抑制脂质氧化过程中 ,本身逐渐损失消耗 ,4h后在试验所用浓度下最高剩余量不超过20 %。其中鸡油菌黄质与胭脂树橙的消耗速度慢于 β-胡萝卜素与玉米黄质。     

过表达AtchyB基因提高洋桔梗光胁迫耐受性的研究

类胡萝卜素尤其是叶黄素循环类物质在植物抵抗由强光照引起的非生物胁迫中发挥着重要的作用,为了提高洋桔梗对强光照的抗性,从拟南芥中克隆了类胡萝卜素生物合成途径中参与叶黄素循环关键酶——β-胡萝卜素羟化酶基因(AtchyB),利用农杆菌介导法将其转入洋桔梗中,最终得到遗传转化植株2个株系,研究发现,转基因植株中总类胡萝卜素含量高于对照组,且叶黄素循环池被不同程度地放大。在不同光照强度下,转基因洋桔梗植株对光照耐受性明显强于对照组,且转基因植株生物量也明显提高。表明过表达AtchyB基因使洋桔梗光胁迫耐受性有所增强。     

祁连圆柏和圆柏色素含量及其花青苷合成酶活性的季节性变化

以祁连圆柏（Sabina przewalskii）和圆柏（S.chinensis）为材料,测定2种植物花青苷、类黄酮、紫松果黄素、叶绿素和类胡萝卜素的含量及花青苷合成过程中关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和类黄酮糖基转移酶（UFGT）的活性,并分析了各值的季节性变化。结果表明,祁连圆柏和圆柏叶片中PAL及UFGT的活性、花青苷、类黄酮﹑紫松果黄素以及类胡萝卜素的含量在低温季节均明显高于其它季节;叶绿素含量在低温季节低于其它季节;并且祁连圆柏中花青苷含量及其合成酶PAL和UFGT的活性以及类黄酮、紫松果黄素和叶绿素含量始终高于圆柏。结果说明花青苷是圆柏属植物中具有抗冻特性的重要次生代谢物,是抵御低温和辐射胁迫的一种重要保护物质;紫松果黄素等色素对圆柏属植物抵抗低温诱导的光抑制起重要作用。     

祁连圆柏和圆柏色素含量及其花青苷合成酶活性的季节性变化

以祁连圆柏(Sabina przewalskii)和圆柏(S. chinensis)为材料, 测定2种植物花青苷、类黄酮、紫松果黄素、叶绿素和 类胡萝卜素的含量及花青苷合成过程中关键酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)和类黄酮糖基转移酶(UFGT)的活性, 并分析了各值的季节性变化。结果表明, 祁连圆柏和圆柏叶片中PAL及UFGT的活性、花青苷、类黄酮﹑紫松果黄素以及类胡萝卜素的含量在低温季节均明显高于其它季节; 叶绿素含量在低温季节低于其它季节; 并且祁连圆柏中花青苷含量及其合成酶PAL和UFGT的活性以及类黄酮、紫松果黄素和叶绿素含量始终高于圆柏。结果说明花青苷是圆柏属植物中具有抗冻特性的重要次生代谢物,是抵御低温和辐射胁迫的一种重要保护物质; 紫松果黄素等色素对圆柏属植物抵抗低温诱导的光抑制起重要作用。