高等植物脱落酸生物合成的酶调控

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植物学通报
?D 卷
图 ! !"!! 基因编码蛋白的同源性比较 "#$% ! "#$ #%&%’%($%)* +%&,-./*%0 %1 !"!! $0+%2/0( ,.%3$/0* 是叶绿体转运肽。 5 区是成熟的 67 氨基末端区， 高度变化， 功能不详。 8 区是 4 区为氨基酸末端区， ‘’ 表示同源， 94: 结合区。: 区功能未知。 ; 表示可能序列缺失。 <= , 表示胡椒， 8= - 表示烟草， >= $ 表 示番茄
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广东省教育厅千百十工程优秀人才培养基金资助项目 （编号 X#S#/#） 。 通讯作者。 &5B>?E D?E H?EEC@F?6MC6HCL .*I<9G：’9?G9G96:V CA?5 L H?I 作者简介： 陶均， 男， 硕士研究生， 从事植物细胞工程及其应用研究； 李玲， 女， 教授， 博士生导师 S! 岁， TT 岁， 收稿日期： 接受日期： 责任编辑： 刘 晖， 崔郁英 S##S*#%*#! S##S*#W*#%
植物学通报
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,-, 生物合成酶及其ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制性调控
对 ,-, 生物合成起关键作用的反应存在于由八氢番茄红素以后的步骤。参与中期
反应的玉米黄质环氧化酶 （ $%） 、 （ ()%*） 和后期反应的醛氧 &’环氧顺类胡萝卜素双加氧酶 化酶 （,;） 可能是关键调控酶。 !"# 玉米黄质环氧化酶 （$%） $% 是 ,-, 生物合成中第一个在 *(, 及氨基酸序列水平上研究过的酶。在烟草中， 由 /0/! 基因编码， 分子量为 6! K E L* 的是一个叶绿体输入蛋白， 催化玉米黄质环氧化形 成新黄质 （ ?23@= ’( $) ， 。 /0/! 蛋白首先催化玉米黄质转化成环氧玉米黄质， 进而在 #&&M） 还原型铁硫蛋白作用下转化成新黄质， 同时去环氧化酶作用新黄质逆转形成玉米黄质 （-CNO@83 ’( $) ， 。已知玉米黄质、 环氧玉米黄质、 新黄质都与捕光复合体 （ 7<)） 耦连 #&&M） （*8II@H’,>PIG 2=> ,>PIG， ， 因而认为玉米黄质转化成新黄质及其逆过程 （叶黄素循 #&&M） 环） 可能保护 7<) 免遭光氧化。目前已经在胡椒、 番茄、 烟草中克隆到了同源玉米黄质环 氧化酶 /*(,， 对 /0/! 基因编码的 ,-,! 蛋白及其他同源基因产物的结构分析表明， $% 有 即： （ -N3B@>H8 ’( $) ， （图 !） 。 : 个关键区， ,、 -、 )、 *区 #&&6B）
! 高等植物 *+* 的生物合成
*+* 生物合成如前所述包括三个阶段： （(） 异戊烯基焦磷酸 （ >??） 的生物合成 （图 (） ， 分别在细胞质和质体中进行。细胞质内以甲瓦龙酸 >?? 生物合成有两个途径 （@D*） 为前体。已知 @D* 在植物中作为类胡萝卜素及其它一些四萜的前体，但后来发 现阻碍 @D* 合成的甲瓦龙酸素 （ @6<48AE48） 并不影响类胡萝卜素的合成 （ +2F5 28; G4F5=68% (’ 。 "0! 在光下很快进入到叶四萜中， 但却极慢地进入到胞质合成的类固醇中 =52E67， (&H!） （ @F"2:I4EE 28; "7A=62J， 。因而 >?? 生物合成可能与 @D* 途径无关。 (&&)； G676=A !" #$ ， (&&K） （(&&&） 认为 >?? 生物合成是在叶绿体中以甲基赤藓糖磷酸 （ @-?） 途径合成的。 LA5M67 等 首先以丙酮酸及硫胺素焦磷酸 （ N??） 为前体， 在 ’%磷酸甘油醛 （O*?） 参与下合成 )%磷酸脱 氧木酮糖， 进而在胞苷三磷酸 （ "N?） 参与下形成 >?? （ LA5M67， 。 (&&&； LA5;4F5 !" #$ ， (&&&） 以 @D* 为前体生成的 >?? 要借助载体作用通过质体膜渗入到质体内 （ 1AE67 !" #$ ， ） 。 (&&’
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图 ! >?? 合成的途径 （@-? 和 @D* 途径） （@-? 28; @D* S2=5P29:） ?2=5P29: AQ >?? R4A:98=56:4:
（!）黄质醛 （C*.） 的生物合成 无论是细胞质中由 @D* 合成后进入到质体中的 >??， 还是由质体自身合成的 >?? 都 可转化形成 C*.。 >?? 经法呢焦磷酸 （ T??） 合成玉米黄质。在玉米突变体 %&’ 、 %&( 、 %&) 、
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分子磷酸化中间体聚合形成中间反应的前体； （!） 中期反应： 以非环化的 "#$ 类胡萝卜素% 八氢番茄红素开始至 &%顺紫黄质裂解成黄质醛结束； （’） 后期反应： 黄质醛作为 "() 骨架经 一系列变化形成 *+*。 在 *+* 生物合成中， 除外界环境条件起诱导外， 植物体内的一些因素如酶及辅酶因 子也起着更为重要的调节作用。在酶调节生物合成方面， 玉米黄质环氧化酶 （ ,-） 、 &%顺环 氧类胡萝卜素双氧酶 （."-/） 和醛氧化酶 （*0） 可能起主要的作用 （ 1234 !" #$ ， (&&&； "56789: 。其次， 一些与异戊烯基焦磷酸 （ >??） 合成有关的酶， 某些异构酶和特定 28; ,66<227=， !$$$） 的辅因子如钼辅因子 （@A"A） 及钼辅因子硫化酶 （ @"1B） 等以及细胞膜类固醇都可能调节 （C4A83 !" #$ ， 。本文主要介绍近年来 *+* 生物合成及其酶调控的研究进 *+* 的合成 !$$(） 展。
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均等：高等植物脱落酸生物合成的酶调控
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（杨洪强和接玉玲， 。由玉米黄质环化 !"# 中已发现其突变是与玉米黄质形成相关的 !""#） 形成环氧玉米黄质由环氧玉米黄质环化酶 （ $%） 催化， 紫黄质及新黄质可在 &’顺环氧类胡 萝卜素双加氧酶 （()%*） 作用下氧化裂解形成黄质醛。 （+）,-, 的合成 由黄质醛生成 ,-, 的过程和部位还有争议。在拟南芥 $%$& 突变体及大豆叶蛋白用 丙酮稀释 （# 倍） 的沉淀物中， 黄质醛被醛氧化酶氧化形成黄质醛酸， 黄质醛酸很容易转变 形成 ,-, （ ./012345 ’( $) ， 。 788 等 （#&&6） 提出高等植物在离体条件下， #&&62） ,-, 的合成 的最后阶段可能经黄质醛、 黄质醛酸、 #9， :9’反式 ,-, 二醇等中间产物步骤。但其中的一 些反应， 如 :’;< 的氧化和 #9， !9’环氧异构化形成 #’;< 和 !9’烯等过程还有待进一步研究 （ 788 2=> ?@ABC33C1 ， 。番茄突变体 *)$++$ 和 ,-(-’., 由于缺乏醛氧化酶不能将! <’,-, #&&6） 醛和! <’,-, 醇转化成顺式活性的 ,-,。 ,-, 醇可在细胞色素 D’:E" 氧化酶作用下氧化 形成 ,-,。在柑橘外果皮无细胞系中， 紫黄质可裂解形成黄质醛， 黄质醛在醇脱氢酶作 用下形成不稳定的 :’酮黄质醛， 进一步转变成 ,-, 醛和自发氧化形成 ,-,， 并表明无论 是离体条件还是活体内结果都是一致的 （ )C12= 2=> F@/023>GC=， 。,-, 醛在空气中很 #&&+） 容易转化成 ,-,。黄质醛氧化形成 ,-, 的过程可能经 ,-, 醛阶段在醛氧化酶作用下形 成的。因而 ,-, 醛可能是 ,-, 合成的最直接前体。另外， （ #&&!； 认为 (844@=H 等 #&&6） 从加合物中释放的甲基 ,-, （ I8,-,） ,-, 加合物也是 ,-, 合成的前体。因为在洋葱中， + ! 中标记的 < 高度富集， 而在游离的 ,-, 中相对较少。但在番茄茎尖中，<+ ’,-, 醛并不 进入加合物， 带有新合成的 ! < 的 ,-, 加合物可能是由于叶绿体中有高浓度的新合成的 （ J23H2=8H232 2=> ?@ABC33C1， 。所以， 黄质醛究竟通过 ,-, 交换进入加合体后形成的 #&&6） 什么途径转化形成 ,-, 还有待研究确证。
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高等植物脱落酸生物合成的酶调控 !
陶 均 李 玲!
（华南师范大学生命科学学院 广州 !"#$%"）
摘要
高等植物 &’& 的生物合成开始于细胞质内的甲瓦龙酸 （ ()&） 或位于叶绿体内的丙酮酸*硫胺素
焦磷酸 （+,,） ， 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， 其中， 玉米黄质环氧化酶 （ -.） ， &’& 的合成还受到一系列酶的调控， /*顺环氧类胡萝卜素双加氧酶 （01.2） 和醛氧化酶 （&3） 可能起到重要的调节作用。本文介绍近年来 &’& 生物合成酶调控的研究进 展。 关键词 脱落酸， 生物合成， 酶调节