酿酒酵母中高效积累β-胡萝卜素的代谢途径构建

β-胡萝卜素是一种橘黄色的脂溶性色素，属于类胡萝卜素家族，基于其丰富的生物学活性，在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用。国内外对β-胡萝卜素市场需求量巨大，特别是天然来源的β-胡萝卜素具有广阔的市场前景，建立适合天然β-胡萝卜素生产的微生物细胞工厂显得尤为重要。本研究利用基因工程手段克隆了β-胡萝卜素生物合成途径中的三个基因，分别是来源于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(ScBTS1)、红法夫酵母(Xanthophyllomyces dendrorhous)的八氢番茄红素脱氢酶基因(XdCrtI)以及同时具有八氢番茄红素合成酶和番茄红素环化酶的双功能酶基因(XdCrtYB),构建组成型表达载体pYES2-Kan-CrtI-CrtYB-BTS1,并转化至酿酒酵母MKP-o中，最终筛选获得能够生产β-胡萝卜素的酿酒酵母基因工程菌株。结果显示，此工程菌摇瓶产量达到14.53 mg/g细胞干重(DCW)且发酵周期短，不仅可以稳定高效地积累β-胡萝卜素，同时发酵过程中无需添加诱导剂，有利于节约生产成本。因此，可以将其作为一株具有较高β...     

同源克隆栀子玉米黄素合成途径酶基因保守区

目的:玉米黄素生物合成途径在植物中高度保守,由7个酶催化步骤组成。本研究从栀子果实中克隆这些酶基因的保守区段。方法:利用简并引物,优化PCR扩增体系和扩增条件,胶回收后进行T-A克隆和测序。结果:成功扩增出八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase,PSY)(GenBank accession JQ690895)503bp、八氢番茄红素脱饱和酶(phytoene desaturase,PDS)(Gen-Bank accession JQ690896)544bp、胡萝卜素脱饱和酶(carotene desaturase,ZDS)(GenBank accession JQ690897)611bp、胡萝卜素顺反异构酶(carotene cis-trans isomerase,CRTISO)(GenBank accession JQ690898)567bp、番茄红素β-环化酶(lycopene-β-cyclase,LYC)(GenBank accession JQ690899)745bp和β-环羟化酶(β-ring hydroxylase,β-OHase)(GenBank accession JQ690900)594bp的基因保守区段,序列已经提交GenBank登陆。结论:该研究克隆了玉米黄素合成途径中6个酶基因的保守区段,为今后应用于生物合成途径的遗传操作奠定了基础。     

八氢番茄红素脱氢酶的研究进展北大核心CSCD

类胡萝卜素是一类超过700种的萜烯基团类不饱和化合物的总称,根据结构可分为胡萝卜素族和叶黄素族,具有较高的营养价值。八氢番茄红素脱氢酶是类胡萝卜素生物合成途径中的首要限速酶,它参与催化无色的八氢番茄红素转变成有色类胡萝卜素,发挥着中心调控作用。不同生物源的八氢番茄红素脱氢酶在功能上呈现多样性,在大多数蓝细菌,藻类和高等植物的类胡萝卜素生物合成途径中,由Crt P,Crt Q和异构酶Crt H或PDS,ZDS和异构酶Z-ISO、Crt ISO共同参与番茄红素的形成,而在大多数微生物中只有Crt I-type一种酶来完成八氢番茄红素的脱氢反应,且根据脱氢步骤的不同分别可生成链孢红素、番茄红素或脱氢番茄红素。本文阐述了不同生物源八氢番茄红素脱氢酶的基因分离与鉴定,功能多样性及表达调控机制等最新研究进展,并进行了进化分析,为八氢番茄红素脱氢酶的深入研究及利用基因工程策略生产类胡萝卜素的应用提供重要信息。     

通过番茄红素环化酶的优化构建β-胡萝卜素高产菌株

目标产物的合成途径往往需要对关键酶的来源、表达水平等因素进行系统性优化才能实现代谢通量的最大化。β-胡萝卜素是一类具有重要应用价值的萜类化合物,其中番茄红素环化酶(Lycopene cyclase,CrtY)是β-胡萝卜素合成途径中的关键酶,能够催化FAD依赖的环化反应将番茄红素转化合成β-胡萝卜素。本研究通过对CrtY的系统优化提高β-胡萝卜素的合成水平,并确定CrtY的表达对代谢通路的影响。在大肠杆菌中以番茄红素合成模块为基础,通过引入番茄红素环化酶基因crt Y构建了β-胡萝卜素合成模块。并进一步利用寡聚接头介导的DNA组装方法 (Oligo-linker mediated assembly method,OLMA)引入一系列不同强度的人工设计的核糖体结合位点(Ribosome-binding site,RBS),对CrtY的表达强度、基因来源等因素进行高通量的优化。通过OLMA文库构建和平板筛选,获得了5株高产β-胡萝卜素的工程菌株。在摇瓶中,5株工程菌株的β-胡萝卜素产量可达15.79-18.90 mg/g DCW(Dry cell weight),比优化前提高了65%。进一步选取了其中的CP12菌株,在5 L发酵罐上,利用高密度培养技术验证工程菌株合成β-胡萝卜素的能力。最终β-胡萝卜素产量可达1.9 g/L。RBS强度分析及代谢中间体分析表明,适当地降低CrtY表达强度能够有利于β-胡萝卜素模块相关基因之间协同发挥作用。以上结果为β-胡萝卜素合成途径的优化规律提供了理论指导。     

果实特异性RNAi介导的Lcy基因沉默来增加番茄中番茄红素的含量

根据GenBank中番茄的番茄红素β-环化酶(Lcy)基因序列和八氢番茄红素去饱和酶基因(Pds)启动子序列设计特异引物从番茄基因组DNA中分别扩增出了Lcy基因的高度保守的长302bp的DNA片段和长1790的Pds启动子片段。根据RNAi的原理,将Lcy基因的DNA片段以正反两个方向通过一段内含子序列连接在一起形成RNAi片段,将该片段与Pds启动子一起插入到pVCT2020的表达载体中,通过农杆菌介导的方法转化番茄,获得转基因植株5棵,PCR检测证实外源片段已成功导入番茄基因组中。收获转色期后20d左右的完全成熟的番茄果实提取番茄红素进行含量分析,结果显示转基因番茄果实中番茄红素的含量极大的增加了。上述结果表明通过RNAi果实特异性的抑制类胡萝卜素代谢途径中生物合成酶基因的表达能够极大的增加番茄果实中番茄红素的含量。这为通过基因工程手段提高番茄果实中的营养价值提供了参考。     

番茄果实内番茄红素含量的遗传

番茄成熟果实内番茄红素含量,决定了以它为原料的番茄罐头的红度和质量等级,成为选育优良罐藏番茄品种的主要质量指标之一。有关番茄红素含量遗传的研究50多年前就开始了,迄今已知控制或影响番茄红素含量遗传的基因达17对以上。如番茄果实基本色素基因R/r和T/t,果实表皮色素基因Y/y,抑制番茄红素合成的杏黄果肉基因。at,β-胡萝卜素基因B/b及其修饰基因MOB,可提高     

人参愈伤组织的PSY基因遗传转化

将八氢番茄红素合成酶基因（PSY）重组于植物双元表达载体pBin438,得到重组质粒pBin438-PSY。用冻融法将其导入农杆菌EHA101中,采用叶盘法转化人参愈伤组织,对所获得的抗性细胞系进行PCR和Southern检测,并对表达产物进行了薄层层析（TLC）、光谱分析、高效液相色谱（HPLC）检测及含量测定。结果表明PSY基因已成功导入人参愈伤组织细胞基因组,并已得到高效表达,表达产物β-胡萝卜素含量为143μg·g^-1人参细胞干重。本研究利用转基因方法在人参愈伤组织细胞中成功地表达了八氢番茄红素合成酶基因,为进一步提高人参的营养价值奠定了基础。     

人参愈伤组织的PSY 基因遗传转化

将八氢番茄红素合成酶基因(PSY)重组于植物双元表达载体pBin438, 得到重组质粒pBin438-PSY。用冻融法将其导入农杆菌EHA101中, 采用叶盘法转化人参愈伤组织, 对所获得的抗性细胞系进行PCR和Southern检测, 并对表达产物进行 了薄层层析(TLC)、光谱分析、高效液相色谱(HPLC)检测及含量测定。结果表明PSY基因已成功导入人参愈伤组织细胞基因组, 并已得到高效表达, 表达产物b-胡萝卜素含量为143 ug.g-1人参细胞干重。本研究利用转基因方法在人参愈伤组织细胞中成功地表达了八氢番茄红素合成酶基因, 为进一步提高人参的营养价值奠定了基础。     

果实特异性RNAi介导的Lcy基因沉默来增加番茄中番茄红素的含量

根据GenBank中番茄的番茄红素β-环化酶（Lcy）基因序列和八氢番茄红素去饱和酶基因（Pds）启动子序列设计特异引物从番茄基因组DNA中分别扩增出了Lcy基因的高度保守的长302bp的DNA片段和长1790的Pds启动子片段。根据RNAi的原理,将Lcy基因的DNA片段以正反两个方向通过一段内含子序列连接在一起形成RNAi片段,将该片段与Pds启动子一起插入到pVCT2020的表达载体中,通过农杆菌介导的方法转化番茄,获得转基因植株5棵,PCR检测证实外源片段已成功导入番茄基因组中。收获转色期后20d左右的完全成熟的番茄果实提取番茄红素进行含量分析,结果显示：转基因番茄果实中番茄红素的含量极大的增加了。上述结果表明：通过RNAi果实特异性的抑制类胡萝卜素代谢途径中生物合成酶基因的表达能够极大的增加番茄果实中番茄红素的含量。这为通过基因工程手段提高番茄果实中的营养价值提供了参考     

果实特异性RNAi介导的Lcy基因沉默来增加番茄中番茄红素的含量

根据GenBank中番茄的番茄红素β-环化酶（Lcy）基因序列和八氢番茄红素去饱和酶基因（Pds）启动子序列设计特异引物从番茄基因组DNA中分别扩增出了Lcy基因的高度保守的长302bp的DNA片段和长1790的Pds启动子片段。根据RNAi的原理,将Lcy基因的DNA片段以正反两个方向通过一段内含子序列连接在一起形成RNAi片段,将该片段与Pds启动子一起插入到pVCT2020的表达载体中,通过农杆菌介导的方法转化番茄,获得转基因植株5棵,PCR检测证实外源片段已成功导入番茄基因组中。收获转色期后20d左右的完全成熟的番茄果实提取番茄红素进行含量分析,结果显示：转基因番茄果实中番茄红素的含量极大的增加了。上述结果表明：通过RNAi果实特异性的抑制类胡萝卜素代谢途径中生物合成酶基因的表达能够极大的增加番茄果实中番茄红素的含量。这为通过基因工程手段提高番茄果实中的营养价值提供了参考     

甲基营养菌 Methylobacterium sp MB200 中crtI基因的克隆及表达

八氢番茄红素脱氢酶( CrtI)催化八氢番茄红素经过4次脱氢合成番茄红素,或者经过3次脱氢合成链孢红素,在类胡萝卜素的生物合成中发挥重要的作用.以甲基营养菌Methylobacterium sp MB200为原始菌株,首先采用转座子突变技术构建部分突变体库共11552株,筛选得到33株颜色发生变化的目的突变体,随后利用分子克隆技术从目的突变体中获得crtI基因的完整ORF,长为1539 bp,编码512个氨基酸.与来自M.populi BJ001、M.chloromethanicum CM4和M.extorquens AM1的crtI一致性均为93％.将crtI与载体pCM80连接得到重组质粒pCM80-crtI,导入原始菌株中得到重组菌MB200/pCM80-crtI.测定原始菌株与重组菌株的CrtI酶活,结果发现,重组菌株CrtI的酶活与原始菌株相比约提高了40％.实验结果为完善甲基营养菌中类胡萝卜素的生物合成代谢途径提供了理论参考.     

番茄果实内番茄红素含量的遗传

番茄成熟果实内番茄红素含量,决定了以 它为原料的番茄罐头的红度和质量等级,成为 选育优良罐藏番茄品种的主要质量指标之一。 有关番茄红素含量遗传的研究50多年前就开 始了,迄今已知控制或影响番茄红素含量遗传 的基因达17对以上。如番茄果实基本色素基 因R/,和TI 1[91,果实表皮色素基因YZy [l],抑 制番茄红素合成的杏黄果肉基因ar[71, 9-胡萝 卜素基因B/b及其修饰基因MOB"",可提高 番茄红素含量和胡萝卜素含量的高色素基因 仰。‘,,可增加番茄红素含量但降低胡萝卜素含 量的深红基因ogCu21,可抑制果实成熟的基因 tin N nor-, Nr. gr[8J,以及绿条纹基因gs,无绿果 肩基因“,绿肉基因gf,灰绿基因“g等［弋     

雨生红球藻八氢番茄红素合成酶基因的克隆及表征

雨生红球藻是一种单细胞绿藻,在多种逆境胁迫条件下能够大量合成并迅速积累虾青素,其积累量最高可达细胞干重的4%,从而成为目前最理想的天然虾青素合成工具.八氢番茄红素合成酶(PSY)是虾青素合成途径中第一个限速酶.分离了八氢番茄红素合成酶基因(psy)的全长cDNA及基因组DNA.其全长cDNA包括1200个碱基,编码400个氨基酸,基因组DNA包括5个外显子,4个内含子.系统发育分析结果显示,绿藻的八氢番茄红素合成酶基因形成一个进化枝,它们与高等植物的psy亲缘关系比较近.通过GenomeWalking的方法,分离了psy基因约1kb的5′侧翼序列.将含有TATA-box和CAAT-box的297bp的序列与LacZ报告基因构成嵌合的表达载体,用基因枪法转化雨生红球藻.lacZ的瞬间表达检测结果表明,这段上游序列能够驱动lacZ表达,具有启动子活性.     

代谢工程改造酿酒酵母生产β-胡萝卜素

β-胡萝卜素在食品、药品和化妆品领域有广泛用途。为获得生产β-胡萝卜素的微生物细胞工厂,本研究首先在酿酒酵母BY4742中过表达甲羟戊酸(MVA)途径的限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因及二萜化合物合成的关键酶牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPS)基因,来提高牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸(GGPP)的供给。在酿酒酵母底盘菌BY4742-T2的基础上整合来源于成团泛菌和红法夫酵母的β-胡萝卜素合成基因,比较酿酒酵母工程菌生产β-胡萝卜素的差别。结果表明提高酿酒酵母中HMGR和GGPS酶基因的表达能将工程菌中β-胡萝卜素的产量提高26.0倍。另外,来源于真核生物红法夫酵母的合成基因相比成团泛菌,更有利于酿酒酵母生产β-胡萝卜素。最终获得的酿酒酵母工程菌BW02能生产1.56 mg/g细胞干重的β-胡萝卜素,为进一步获得高产β-胡萝卜素细胞工厂提供基础。     

达草灭对橙色大白菜愈伤组织中类胡萝卜素含量的影响

依据橙色大白菜的愈伤组织呈现橙色,而普通大白菜的愈伤组织呈现浅黄色这一现象,以橙色大白菜‘金冠1号’和普通大白菜‘秦白2号’培养的愈伤组织为材料,在培养基中添加0．1mmol．L-1的八氢番茄红素脱氢酶抑制剂达草灭分别处理5、10、20和40d。用HPLC法测定处理后的愈伤组织中各种类胡萝卜素含量的结果表明：‘秦白2号’愈伤组织中以β-胡萝卜紊为主,‘金冠1号’愈伤纽织中的类胡萝卜以番茄红素和β-胡萝卜素为主,且类胡萝卜素总含量比‘秦白2号’高出10．4倍;随着达草灭处理时间的延长,愈伤组织的颜色逐渐变白,其中番茄红素和β-胡萝卜素的含量逐渐下降,而八氢番茄红素的含量则逐渐升高,至处理40d时,两品种的愈伤组织中积累的八氢番茄红索差异不明显。据此,推论橙色大白菜中类胡萝卜素的积累并不是由于类胡萝卜素生物合成能力的提高引起的。     

番茄果实成熟过程中番茄红素含量及合成相关基因表达的分析

以2个高代自交系粉果番茄MLK1和红果番茄FL1为材料,利用实时荧光定量PCR技术及色差仪法,对果实成熟过程中4个时期的番茄红素含量分析及八氢番茄红素合成酶(Psy1和Psy2)和番茄红素环化酶(Lcy)基因的表达进行研究。结果表明,在番茄果实成熟的过程中,番茄红素的含量也逐渐增高,在完熟期达到最高,且红果中的含量高于粉果中的。在2个番茄品种果实不同部位中,Psy1、Psy2和Lcy基因在果实逐渐成熟的过程中转录水平均逐渐增加,在完熟期表达量最高,且红果FL1中的表达量高于粉果MLK1表达量,果实中Psy基因的表达量高于Lcy基因的表达量。     

番茄红素与疾病防治

番茄 (Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ )在过去5 0年中成为人们最喜欢的蔬菜之一。它富含类胡萝卜素 ,主要包括番茄红素 (ｌｙｃｏｐｅｎｅ)、γ 胡萝卜素、八氢番茄红素、六氢番茄红素、β 胡萝卜素、番茄黄素 ,还有几种微量类胡萝卜素。番茄通过其所含的类胡萝卜素 ,主要是番茄红素对单线态氧的猝灭和自由基的清除、阻断亚硝胺的形成、抑制细胞增殖、诱导细胞分化、增加免疫力、减少ＤＮＡ的损伤及对细胞间隙连接通讯的影响等多种作用方式 ,能起防治癌症和心血管疾病的作用[1 3] 。因此番茄红素的药用和保健价值的研究成为…     

八氢番茄红素合酶基因对人参的遗传转化

八氢番茄红素合酶(Phytoene synthase ,PSY)是类胡萝卜素生物合成的限速酶,通过建立PSY基因的人参转化体系,可促进相应类胡萝卜素的合成,从而提高人参的营养价值。本研究以人参愈伤组织为受体,以PSY 为目的基因,应用根癌农杆菌介导法进行遗传转化。以抗性筛选人参受体转染效率为指标,从菌液浓度、侵染胞龄、侵染时间、共培养时间四方面优化了转化体系。进行了PCR、PCR-Southern和RT-PCR分析鉴定及β-胡萝卜素含量测定,初步证明外源基因PSY 已整合到人参的基因组中并在转录水平上进行了表达,β-胡萝卜素含量平均提高了26倍。该研究为改善和提高人参中类胡萝卜素含量提供了一种新的途径。     

栀子八氢番茄红素合成酶基因的分离及表达分析

为探讨栀子(Gardenia jasminoides)果实中藏花素的合成机理,克隆了栀子类胡萝卜素生物合成的关键酶八氢番茄红素合成酶(GjPSY)基因的全长cDNA。结果表明,推导的GjPSY氨基酸序列与双子叶植物来源的GjPSY亲缘关系较近。采用HPLC检测栀子果实中的藏花素-1含量为(3.96±1.48) mg g-1,在叶片中未检出。通过RT-PCR分析表明,GjPSY在栀子叶片和果实中均有表达,且表达水平一致。因此推测,GjPSY的转录水平与果实中藏花素-1的合成无关。     

栀子果实中八氢番茄红素脱饱和酶基因的克隆与表达分析

[目的]栀子果实中富含类胡萝卜素衍生物—西红花总苷。拟从果实中克隆西红花总苷生物合成途径中的八氢番茄红素脱饱和酶基因。[方法]利用RACE的方法克隆Gj PDS基因,绝对定量PCR法检测在不同组织中的表达。[结果]从果实中克隆了一个长1 746 bp的Gj PDS基因,编码由581个氨基酸组成的八氢番茄红素脱饱和酶序列。与水稻(Oryza sativa)PDS蛋白A链的氨基酸序列有83%的一致性,与菠萝泛菌(Pantoea ananatis)PDS蛋白A链的氨基酸序列一致性低。Gj PDS基因为组成性表达基因,它在栀子果肉中的表达量最高,是叶片中表达量的1.6倍,茎中表达量的3.5倍,种子中表达量的13.1倍。[结论]从栀子果实中克隆了一个1 746 bp的Gj PDS基因,它主要在栀子果肉中表达,可能与西红花总苷的生物合成有关。该基因今后可以用作西红花总苷生物合成途径的调控靶点。