苦瓜类胡萝卜素含量和八氢番茄红素合酶和八氢番茄红素脱氢酶基因的表达.doc

苦瓜类胡萝卜素含量和八氢番茄红素合酶和八氢番茄红素脱氢酶基因的表达

摘要
苦瓜作为一种热带作物，其果实中包含的b-胡萝卜素含量是胡萝卜的5倍。为了研究苦瓜中类胡萝卜素聚集的机制，检测了八氢番茄红素合酶(McPSY)和八氢番茄红素脱氢酶(McPDS)基因的表达水平。这些基因的表达量在苦瓜花中很高，在水果成熟过程中，八氢番茄红素合酶和八氢番茄红素脱氢酶基因的表达量在中期有所下降，但在全熟期又有所增加。此外，果皮中的类胡萝卜素在从绿变黄的过程中不断积累，因此，八氢番茄红素合酶和八氢番茄红素脱氢酶基因的表达量在果实成熟过程中与类胡萝卜素的积累相关。主成分分析法（PCA）也用于评估类胡萝卜素在果实的七个成熟阶段的含量关系。成熟的果实比未成熟的果实类胡萝卜素含量更高。

1.前言
苦瓜属于葫芦科，是一种种植在热带和亚热带的药用作物。因为包括果实在内的整个植株都很苦，故被称为苦瓜或苦葫芦。(Grover&Yadav,2004;Gurbuz,Akyuz,Yesilada,&Sener,
2000)。在传统医学中，苦瓜用于治疗糖尿病，近年来科学研究表明苦瓜是一种很有前途的糖尿病治疗药物(Leung,Birtwhistle,Kotecha,Hannah,&Cuthbertson,2009;Nahas&Moher,2009;Platel&Srinivasan,1997)。此外，苦瓜还有其他的诸如抗癌(Nerurkar&Ray,2010)，杀菌(Mahomoodally,Gurib-Fakim,&Subratty,2010)，排除肝毒素(Changetal.,2010)，抗氧化(Kumaretal.,2010)，抗病毒(Lee-Huangetal.,1995)，抗溃疡(Gurbuzetal.,2000)，和抗寄生虫(Prabakar&Jebanesan,2004)等功效。
苦瓜的果实、种子乃至整个植株中都含有很多主要和次要代谢产物，特别是，未成熟的苦瓜中含有大量的类胡萝卜素(Raman&Lau,1996;Zhang,Hettiarachchy,Horax,Chen,&Over,2009)。类胡萝卜素是一类在叶、花和果实中积累的，包含有超过600种自然产生红色、橙色和黄色的色素(Sergio&Robert,1999)，这些色素在植物生理过程中起重要作用。例如，它们在光合作用膜中作为一种光的受体，可以防止光造成的损伤(Bartley&Scolnik,1995;Peñuelas&Munné-Bosch,2005)，此外，在花和果实中，类胡萝卜素的颜色可以吸引动物以传粉和传播种子(Howitt&Pogson,2006)，另外，类胡萝卜素是植物激素的前体，如调控发育和压力的脱落酸(Koornneet,1986)。在人上，一些类胡萝卜素是重要的营养物质，有些有显著的抗病效果。例如，类胡萝卜素A类，包括a-类胡萝卜素和b-类胡萝卜素，是可以防止眼干、失明和早产儿死亡的维生素A的前体(IMFNB,2000;Mayne,1996)，此外，其他类胡萝卜素的吸收也会显著降低肺癌(Holicketal.,2002)、前列腺癌(Giovannucci,1999)、心血管疾病、白内障和光敏性疾病(Botella-Pav&Rodríguez-Concepci,2006;Kritchevsky,1999)的发生。
类胡萝卜素的生物合成通路已经被广泛研究，合成途径的第一步(图1)是八氢番茄红素合成酶(PSY)催化两个牻牛儿牻牛儿二磷酸(GGDP)的聚合，形成一个C40八氢番茄红素，然后，两个脱氢酶，八氢番茄红素脱氢酶(PDS)和n-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)将4个双键还原，形成番茄红素，接下来，这个通路分成两支，其一是将番茄红素加上一个e-环和一个b-环，形成一个a-胡萝卜素，用来合成叶黄素，另一支，则是在番茄红素上加了两个b-环，以合成玉米黄素、百合黄素和堇黄素。编码所有在类胡萝卜素生物合成过程中的酶的基因已经在不同的植物中被克隆和进行了特征测定(Castillo,Fernandez,&Gomez-Gomez,2005;Clotaultetal.,2008;Guo,Yang,Hu,&Yang,2009;Ha,Kim,Park,Lee,&Cho,2007;Katoetal.,2004;Kitaetal.,2007;Pogson,McDonald,Truong,Britton,&DellaPenna,1996;Ronen,Cohen,Zamir,&Hirschberg,1999)。特别是，PSY和PDS在控制类胡萝卜素生物合成中对合成速率的控制起重要作用，例如，在番茄果实成熟过程中，PSY和PDS的过量表达与番茄素的积累(Bramley,2002;Cunningham,2002)和类胡