盐藻类胡萝卜素合成的代谢性阻遏与番茄红素的累积机理-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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盐藻类胡萝卜素合成的代谢性阻遏与番茄红素的累积机理

项目名称：盐藻类胡萝卜素合成的代谢性阻遏与番茄红素的累积机理
项目类别：面上项目
批准号：31171631
申请代码：C200205
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：姜建国
负责人职称：教授
依托单位：华南理工大学
批准年度：2011

中文摘要：

近些年发现番茄红素在人体承担极为重要的生理功能，是抗氧化活性最高的类胡萝卜素。天然番茄红素由于含有较多的顺式异构体，比化学合成的全反式结构临床效果更好。目前天然番茄红素主要从番茄中提取，但成本高、产量低。利用微生物生产天然番茄红素是发展趋势，但至今没有发现专一累积番茄红素的微生物品种。杜氏藻可高度累积天然β-胡萝卜素，前体物质为番茄红素。番茄红素β-环化酶（Lyc-B）是催化番茄红素转化为β-胡萝卜素的关键酶，申请人在国际上率先克隆了杜氏藻中两个主要种类的Lyc-B基因。本项目利用同源重组技术敲除杜氏藻Lyc-B基因，阻遏β-胡萝卜素的合成从而累积番茄红素，视结果对代谢旁路的番茄红素ε-环化酶（Lyc-e）基因进行相应的处理，获得遗传性状稳定的高产番茄红素的杜氏藻新品系，为实现微藻大规模养殖生产天然番茄红素打下基础。成果将在国际层面上具有明显的创新意义，丰富微生物育种与代谢工程的研究内容。

中文主题词：杜氏藻；番茄红素；β-胡萝卜素；环化酶；同源重组

英文摘要：

Dunaliella；lycopene；β-carotene；cyclase；homologous recombination

英文主题词： Dunaliella；lycopene；β-carotene；cyclase；homologous recombination

结论摘要：

杜氏藻是目前已知真核生物中最耐盐的生物，而且其藻细胞中β-胡萝卜素含量可达细胞干重的14%，是最常用的研究生产类胡萝卜素的模式生物之一。杜氏藻类胡萝卜素的生物合成由牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶（GGPS）、八氢番茄红素合成酶（PSY）、八氢番茄红素脱氢酶（PDS）、ζ-胡萝卜素异构酶（ZISO）、ζ-胡萝卜素脱氢酶（ZDS）、类胡萝卜素异构酶（CRTISO）、番茄红素 β-环化酶（LycB）、番茄红素 ε-环化酶（LycE）以及β-胡萝卜素羟化酶（ChyB）等类胡萝卜素合成关键酶完成。目前，我们课题组已克隆到巴氏杜氏藻中所有以上关键酶基因。了解巴氏杜氏藻中类胡萝卜素生物合成途径，为研究类胡萝卜素代谢调控的分子机制奠定了基础。据报道，番茄红素环化酶阻断剂已在多种微生物和植物中应用，但是对于番茄红素环化酶阻断剂阻断类胡萝卜素代谢通路产生番茄红素的分子机制的研究还比较少。所以，我们以巴氏杜氏藻为研究对象，通过添加三乙胺来探讨三乙胺的作用分子机制。通过对三乙胺的加入浓度和加入时间的研究，确定最佳加入时间为巴氏藻对数生长期中期，最佳加入浓度为50 ppm；并发现三乙胺的添加会影响巴氏杜氏藻的生长，使巴氏藻的生物量降低，并且随着三乙胺浓度的升高，巴氏藻的生物量会越低，而β-胡萝卜素的含量会降低。加入50 ppm和100 ppm的三乙胺后，巴氏藻中番茄红素的含量要比未加三乙胺时的高，尤其是三乙胺浓度为50ppm，且在添加三乙胺后继续培养3天时，番茄红素含量最高。说明三乙胺可能通过抑制β-胡萝卜素的生成来积累番茄红素。通过采用荧光定量PCR，检测添加不同浓度三乙胺后继续培养3天的巴氏藻中类胡萝卜素代谢途径中的关键基因GGPS, PSY, PDS, ZDS, LycB, LycE以及ChyB的相对表达量，发现随着三乙胺浓度的增加，巴氏藻番茄红素合成的上游基因（GGPS，PSY，PDS和ZDS）的表达水平表现出上调，而番茄红素合成的下游基因（LycB, LycE和ChyB）的表达水平表现出下调，说明三乙胺可能通过抑制LycE和LycB基因的表达，导致随后的ChyB的表达水平也受到影响，并且可能会刺激番茄红素代谢途径中上游基因的表达。番茄红素环化酶阻断剂的使用促使番茄红素上游基因表达的现象，为研究藻类和植物中生产需要的类胡萝卜素提供新的思路。

成果综合统计