基本介紹
- 中文名：八氫番茄紅素合成酶
- 外文名：phytoene synthase
- 縮寫：PSY
- 作用：合成類胡蘿蔔素
- 催化底物：GGPP
- 催化產物：八氫番茄紅素
定義,研究進展,分布,基因結構,
定義
八氫番茄紅素合成酶（PSY）是類胡蘿蔔素生物合成途徑中的第一個限速酶，它催化 GGPP 轉化成八氫番茄紅素，由 Psy 基因編碼，其基因在 1987 年 Ray 等從番茄中獲得，1992年 Brmaley證實了該基因。現還從辣椒、擬南芥、玉米、黃水仙、甜瓜和白芥等植物中分離出 Psy 基因。
研究進展
通過對番茄和辣椒有色體的研究表明PSY,IDI和GGDS形成了一個200kDa的高分子複合體。由於八氫番茄紅素是脂溶性，需要傳遞到膜上以供定位於膜上的酶催化形成下游的類胡蘿蔔素,因此,這個高分子複合體被認為是與膜相連的。研究發現IDI和GDPP均是可溶性的酶而 PSY 在所有質體中均與膜相連。利用豌豆葉綠體輸出實驗表明擬南芥和番茄PSY均分布在類囊體膜周圍，辣椒PSY則定位在有色體基質中,在水仙PSY有兩種存在方式,區別在於酶的可溶性,其中,不可溶的酶與膜相連具有很高的酶活性,而可溶性酶沒有酶活性,除非提供半乳糖酯才具有酶活性。
在一些類胡蘿蔔素含量較低的植物組織中,Psy的表達水平是最重要的限速因子，比如柑橘愈傷,甘藍型油菜和擬南芥種子。另有研究表明,的選擇性剪下產生的4個轉錄本中,僅一個轉錄本編碼有功能蛋白,導致有活性的PSY蛋白水平下降,造成小麥胚乳類胡蘿蔔素的含量發生變化,從而引起小麥胚乳顏色的差異。近來研究發現木薯只有Psy2基因存在一個SNP位點,該位點引起了胺基酸的突變,導致PSY2酶活性增強和貯藏根中類胡蘿蔔的快速積累。相似的情況也發生在辣椒中。
分布
植物中八氫番茄紅素合成酶基因最早是從番茄果實中獲得的，經過研究者幾年的努力，該基因被得到了進一步證實。接著，Bartley和Scolnik還從番茄中分離到了另一種PSY基因，命名為PSY2。進一步研究發現PSYI基因和PSY2基因功能是不同的：前者在番茄果實和花中特異性表達，而後者則主要在番茄葉片中表達。
除了番茄外，還從很多植物如玉米、胡椒、擬南芥、小麥、水仙、黃龍膽、向口葵、高粱、甜瓜、白芥等中克隆獲得了PSY基因。最近幾年還從柑橘、木薯、香蕉等果樹中克隆出該基因，其中柑橘中克隆出2個全長都是1520bp的PSY基因，包括436的胺基酸殘基，兩者區別就在於第412個胺基酸；在木薯中分離出3個不同的PSY基因；澳大利亞昆士蘭大學的Mlalazi等克隆出了香蕉中的2個旁系同源基因（PSY1和PSY2），兩者的基因結構與其它單子葉植物中相應基因結構相似，並發現PSY2在果皮中表達量比葉片中更高。
基因結構
實驗表明PSY基因的cDNA長1.3kb -1.6kb，基因全長3.2kb -6.0kb,編碼的蛋白質含409 -423個胺基酸。PSY序列在原核生物和真核生物中都非常保守。植物中的PSY與從細菌中分離獲得的八氫番茄紅素合成酶(crtB)具有較高的同源性。Busch 等發現菸草早期類胡蘿蔔素合成的雙功能基因 Psy1 和 Psy2 的胺基酸和核苷酸同源性達 86%。PSY是類胡蘿蔔素代謝途徑中的關鍵酶基因，研究者利用基因工程方法增加類胡蘿蔔素含量時，通常將其作為首選基因。
