二氢黄酮醇4-还原酶基因.ppt
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二氢黄酮醇4-还原酶基因;
1 二氢黄酮醇4-还原酶基因的结构和作用机制
二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)属
于NADPH 依赖性短链还原酶家族,为单基因编码。最近鉴定了葡萄(Vitis vinifera)DFR 的晶体结构,发现其是由3 个亚基组成的复合物, 具有专门的NADPH 结合域。DFR 是花青素生物合成途径的关键酶, 分别催化二氢堪非醇(dihydrokaempferol,DHK)、二氢栎皮黄酮(dihydroquercetin,DHQ) 和二氢杨梅黄酮(dihydromyricetin,DHM)生成无色花葵素(leucopelargonidin)、无色花青素(leucocyanidin)和无色翠雀素(leucodelphinidin),然后这些无色花青素在花色素苷合成酶(anthocyanin synthase,ANS)和类黄酮3-O-糖基转移酶(flavonoid 3-Oglucosyltransferase,3GT)的作用下合成各种花青素。由于DFR 对底物的特异性和表达水平的不同,使植物呈现出各异的花色和果色
;; DFR属于NADPH依赖性的短链DFR还原酶超家族 ,最早于1985年由O Reilly等从玉米(Zeamays)和金鱼草(Antirrhinum m “s)中分离出来 。随后,Beld等 在1989年又以部分金鱼草DFR表型突变基因为探针分离了矮牵牛(Petunia hybrida)DFR基因。至今,通过同源克隆等方法,已经在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、兰花(Bromheadia finlay—soniana)、山茶(Camellia sinensis)、番茄(Lycopersiconesculentum)和水稻(Oryza sativa)等植物中分离了DFR基因。2003年Nakatsuka等分析了亚洲百合品种DFR基因的时空表达模式,表明DFR基因仅在花色素苷着色器官中表达,并且控制花器官的显色模式。;2000年Aida等 通过农杆菌介导的基因转染法将DFR基因转移到蓝猪耳中,结果显示转化了反义基因的株系花冠变成浅蓝色,而转化了正义基因的株系冠檐中的花色减少程度比冠筒的大。2004年Fukusaki等 成功利用针对CHS基因的RNA干扰技术修饰了矮牵牛的花色,这项技术也可能适用于DFR基因。;
3 DFR 同源基因的结构
不同物种中编码DFR 基因的核苷酸序列也存在种属特异性,其功能可能发生在转录和翻译阶段。据GenBank 上登录的资料,裂叶牵牛( I. nil) 与圆叶牵牛( I. purpurea) 基因组序列都包含3 个DFR 基因: DFR-A、DFR-B 与DFR-C,它们呈串联排列,并且都是由6 个外显子组成,具有相同的内含子剪切位点,DFR-B 基因比DFR-A、DFR-C 有更长的内含子序列; 矮牵牛基因组中含有3 个DFR 基因,分别定位在2、4、6 号染色体上; 金鱼草、拟南芥的DFR 基因由6 个外显子组成,内含子剪切位点与牵牛花的是一致的; 高梁基因组中含有2 个DFR 基因,呈串联排列; 蔓越橘的基因组含有2 个DFR 基因,代表2 个不同的座位,在编码的氨基酸序列中, 24 个氨基酸有差异。由此可以看出,不同种属的DFR 氨基酸序列或核苷酸序列存在一定的差异,分析DFR 同源基因的结构对研究其种属间的功能至关重。; 4 DFR 基因底物的特异性
DFR 对底物的特异性和表达水平不同,使植物呈现出各异的花色和果色。不同来源的DFR 对3 种底物的亲和性有差别,如矮牵牛DFR 主要催化DHM,其次是DHQ,而对DHK 则无作用。在矮牵牛和兰花( Cymbidium hybrida) 中,DFR 能有效催化DHQ 和DHM 并在花瓣中积累矢车菊素和飞燕草素,但是不能有效地还原DHK 。在非洲菊( Gerbera hybrida) 中,DFR 能利用全部3种二氢黄酮醇作为催化底物,是橙色的天竺葵素存在于非洲菊但不存在于矮牵牛中的原因。通过矮牵牛、玉米和金鱼草等植物DFR 基因序列的比对,发现DFR 的底物结合特性是由一段保守序列决定的,其中134 位氨基酸是控制DFR底物结合特性最为保守的氨基酸残基; Johnson 等也鉴定了DFR 与底物专一性结合有关的区域,并通过改变该区域的一个氨基酸使DFR 优先催化DHK。由此可见,DFR 的底物催化选择性是决定花色的主要原因。;5 DFR 基因底物特异性的分子基础
不同物种的DFR与底物的结合区域是高度保守的,DFR 的氨基酸序列决定其底物的种类。研究发现,其第134 位的氨基酸残基直接决定底物的特异性。根据DFR
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