植物脂肪氧化酶的研究进展pdf

植物脂肪氧化酶的研究进展pdf 植物脂肪氧化酶的研究进展 生物工程学报 journals.im.ac.cn cjb@im.ac.cn Chin J Biotech 2009, January 25; 25(1): 1-9 Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061 ? 2009 Institute of Microbiology, CAS & CSM, All rights reserved 综 述 植物脂肪氧化酶的研究进展 胡廷章 1,2, 胡宗利 1, 屈霄霄 1, 任彦荣 1, 陈国平 1 1 重庆大学生物工程学院, 重庆 400044 2 重庆三峡学院生物系, 重庆 404000 摘 要: 植物脂肪氧化酶(LOX)是一个多基因家族, 是由单一的多肽链组成的含有非血红素铁、不 含硫的过氧化物酶。 LOX 催化具有顺, 顺-1, 4-戊二烯结构的多元不饱和脂肪酸的双加氧反应。植物中, 不同脂 肪氧化酶的最适 pH、pI、底 物和产物特异性、时空表达特性、亚细胞定位等存在差异。LOX 参与的生理过程涉及损伤、病原攻击、种子萌芽、果 实熟化、植物衰老、脱落酸和茉莉酸合 成, LOX 也在正常的植物生长和生殖生长过程中作为营养储藏蛋白, 参与脂类迁 移、响应营 养胁迫、调节“源”与“库”的分配。对 LOX 家族的深入理解，将有助于 LOX 在作物新品 种的选育、新 型植保素的开发、食品加工等方面得到广泛的应用。 关键词: 脂肪氧化酶, 结 构, 催化反应, 功能, 基因表达, 亚细胞定位 Advances in plant lipoxygenases research Tingzhang Hu1, 2, Zongli Hu1, Xiaoxiao Qü1, Yanrong Ren1, and Guoping Chen1 1 Bioengineering College of Chongqing University, Chongqing 400044, China 2 Department of Biology, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404000, China Abstract: Lipoxygenases (linoleate: oxygen oxidoreductase, EC 1.13.11.12; LOXs) are encoded by a multi-gene family in plants. The LOXs are monomeric non-heme, non-sulfur iron dioxygenases, which catalyze the incorporation of molecular oxygen into polyunsaturated fatty acids containing a cis, cis-1, 4-pentadiene moiety. The LOX isoforms are distinguished by differences in optimum pH of the reaction, pI, substrate and product specificity, spatial and temporal expression, and subcellular localization. The function of various LOXs in plants has been suggested. Some of the physiological processes in which lipoxygenases have been implicated include wounding, pathogen attack, seed germination, fruit ripening, plant senescence, and synthesis of Abscisic acid (ABA) and Jasmonic acid (JA). During normal vegetative and reproductive growth, lipoxygenases have also been suggested to act as vegetative storage proteins, participate in transference of lipoid, and response to nutrient stress and source/sink relationships. Significant progress in understanding LOX families will be beneficial to the application of the LOX in crop breeding, research on new-type phytoalexin and food industry. Keywords: lipoxygenases, structure, catalysis, function, gene expression, subcellular localization Received: June 10, 2008; Accepted: October 8, 2008 Supported by: the National Natural Science Foundation of China (No. 30771464), the Chunhui Project of Education Ministry (No. Z2007-1-63006), the Natural Science Foundation Project of Chongqing Science and Technology Committee (No. 2007BB1196) and the Natural Science Foundation Project of Chongqing Three Gorges University (No. 2007-Sxxyyb-04). Corresponding author: Guoping Chen. Tel: +86-23-65112674; E-mail: chenguoping@cqu.edu.cn 国家自然科学基 金(No. 30771464), 教育部“春晖”资助项目(No. Z2007-1-63006), 重庆市自然科学基 金(No. 2007BB1196), 重庆三峡学院 资助项目(No. 2007-Sxxyyb-04)资助。 2 ISSN1000-3061 CN11-1998/Q Chin J Biotech January 25, 2009 Vol.25 No.1 自 1932 年首次发现脂肪氧化酶(Lipoxygenases, LOXs; EC 1.13.11.12)后, 脂氧酶的研究 取得了长足 发展 [1] 。在动物、植物和微生物中都发现有脂肪氧 化酶 [2,3]。 LOX 在真 核生物中参与不饱和脂肪酸的代 谢, 在植物不同发育阶段存在着不同的类型, LOX 与植物 的生长发育、衰老、伤害反应和抗有害生物 有关 [4]。 Fe3+结合, 从而调节酶的活性。分子氧通过裂隙 I 与 Fe3+结合, 而裂隙 II 可以容纳花生 四烯酸甚至更大 的脂肪酸 [16,17] (图 1)。 3 脂肪氧化酶的分类 LOX 催化具有顺, 顺-1, 4-戊二烯结构的多元不 饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid, PUFA)的双 加氧反应, 如亚油酸(Linoleic acid, LA)、亚麻酸(αlinolenic acid, LeA)、花生四烯酸(Arachidonic acid, AA)。氧分子加到戊二烯的任一末端(区域专一性), 根据 LA 氧化的位置特异性, 植物 LOX 分为 2 类: 催 化 LA 碳链骨架的 C-9 和 C-13 氧化的 LOX 分别称 为 9-LOX 和 13-LOX, 它们氧化 LA 分别产生 9-或 13-过氧化氢衍生物。 大多数 LOX 只能催化 LA 碳链 骨架的 C-9 或 C-13 一个位点氧化, 但一些 LOX 具 有双重位置特异性(Dual positional specificity), 即它 们既能催化 LA 碳链骨架的 C-9 氧化, 也能催化 C-13 氧化, 分别生成 C-9 和 C-13 氧化物 [18?23]。根据酶分 子的一级结构, 植物 LOX 分为 2 个亚基因家族:一类 是蛋白序列高度相似(>75%), 并且没有质体转移肽 序列, 称为 1-LOX; 另一类酶的 N-端有质体转移肽 序 列 , 相 互 间 的 蛋 白 序 列 只 有 中 度 相 似 性 (~35%), 称 为 2-LOX, 至 今 发 现 这 些 LOX 都 属 于 亚 油 酸 13-LOX 亚家族 [6, 24]。 1 脂肪氧化酶的存在和细胞定位 LOX 是一个含非血红素铁的蛋白大家族, 在动 植物和微生物中普遍存在 [2,3]。己经发现拟南芥有 6 个 LOX 基因, 马铃薯有 14 个 LOX 基因, 番茄有 5 个 LOX 基因, 大豆有 9 个 LOX 基因 物中也不断有新的 LOX 基因发现。 LOX 存在于植物细胞的微粒、胞质和液泡中。 在黄化的黄瓜子叶中, 发现有 5 种不同的 LOX, 除 了可溶性的 LOX 外, 在微粒体膜、原生质膜和脂质 体也发现了 LOX [7?9] [5?6] , 在其他植 。大豆叶的细胞溶质和液泡中 [10?11] 至少有 6 种不同的 LOX 的 LOX 存在 [12?15] 。在菠菜、大麦、 番茄、 马铃薯、拟南芥等植物的叶绿体包膜内, 也有特异 。多数 LOX 存在于叶绿体基质中, 但 在 菠 菜 叶 的 叶 绿 体 包 膜 片 段 中 , 也 有 LOX 存 在 [12]。不同 LOX 的亚细胞定位, 与酶表达的时间上 的差异一起, 共同协调过氧化氢多元不饱和脂肪酸 的形成。 2 脂肪氧化酶的结构和性质 LOX 由单一的多肽链组成, 分子量为 94~104 kD, 是一种含有非血红素铁、不含硫的过氧化物酶, 是 球形, 无色, 可溶性蛋白, 其等电点的范围为 pH 值 5.7~6.4[4]。大豆种子中有 3 种 LOX 同工酶, 它们的 最适 pH 值、热稳定性、与 Ca2+关系、等电点以及 底物专一性等许多生化性质上均不相同。比较大豆 种子中 3 种 LOX 同工酶序列组成发现, 同源序列中 N 末端均有 1 个约 150 个氨基酸组成的β-桶状结构 (区域 I), 为 Ca2+结合、 酶活性激活及 LOX 与其异构 物进行核膜置换所必需, 可能与全部蛋白稳定性的 维持有关; C 末端为α-螺旋结构(区域 II), 在 C 末端 有一段 40 个氨基酸组成的保守区域, 其中包括 6 个 组氨酸和 2 个酪氨酸, 作为酶蛋白的活性中心与 Journals.im.ac.cn 图1 大豆 LOX-1 的三维结构示意图 [16] Fig. 1 Schematic diagram of the three-dimensional structure of soybean (Glycine max) lipoxygenase-1[16]. 胡廷章等: 植物脂肪氧化酶的研究进展 3 4 脂肪氧化酶的催化反应 在植物的发育过程中, 细胞内脂肪的成分常常 发生改变。氧化 PUFA 形成氧合脂类(Oxylipin)是脂 肪变化中主要反应之一 [25] 5 脂肪氧化酶的功能 植物 LOX 参与植物生长发育、 成熟及衰老的各 个阶段 [4, 40] 。LOX 参与的生理过程涉及损伤、病原 。PUFA 的氧化可以由化 [2, 25, 26] 攻击、种子萌芽、果实熟化、植物衰老、脱落酸 (Abscisic acid, ABA)和茉莉酸(Jasmonic acid, JA)合 成, LOX 也在正常的植物生长和生殖生长过程中作 为 营 养 储藏蛋 白 (Vegetative storage protein, VSP), 参与脂类迁移, 以及调节“源”与“库”的分配, 响 应营养胁迫 [41?44]。 学氧化或酶催化, 都生成过氧化氢 PUFA , 但 反应过程差异很大 [27] 。其中, 最重要的差异是产物 的特异性, 非酶催化的脂质体过氧化反应的产物是 由不同位置和光学异构体组成的混合物。而在 LOX 催化的反应中, PUFA 通常被氧化形成特异的高光学 纯度异构体 [6]。 LOX 是多功能酶, 至少催化 3 种不同的反应类 型 : 1) 脂 质 的 双 加 氧 化 反 应 ( 过 氧 化 物 酶 反 应 ); 2) 氢过氧化脂质的次级转化(氢过氧化物酶反应)[28]; 3) 环氧白三烯的形成(白三烯合成反应) [29] 5.1 种子中的 LOX 的作为储藏蛋白和参与防御 在种子发育过程中, LOX 没有明确的生理功能。 成熟的大豆种子有 3 种 LOX, 而缺乏这 3 种 LOX 的 大豆, 其表型与正常大豆没有明显差异, LOX 在种 子中是储藏蛋白 [40,45]。 花 生 (Arachis hypogaea) 的 成 熟 种 子 中 , Aspergillus spp. 感 染 诱 导 PnLOX1 基 因 表 达 。 PnLOX1 的催化产物(13S)-过氧化氢-(9Z,11E)-十八 碳二烯酸(13-HPOD)和(9S)-过氧化氢-(10Z,12E)-十 八碳二烯酸(9-HPOD)分别是真菌毒素合成的抑制剂 和诱导剂, 说明 PnLOX1 在植物-真菌的相互作用中 起作用 [46]。 。 在生理条件下, 植物中的双加氧化反应是最普 遍的, 主要底物是 C18-PUFA。 过氧化氢 PUFA 的 2 种区域异构体是由 2 个独立的催化作用决定: 1) 选 择性夺氢反应: 在 LEA 中, 可能在 C-11 和/或 C-14 进行。在 LA 或 LEA 中, 只有 C-11 的双烯丙基亚 甲基被用 [30] 。2) 氧插入位点的选择: 通过中间脂 肪酸的重排进行。 C-11 的氢脱去时, 分子氧能在 当 位置[+2]或[?2]引入, 即氧插入在 C-13 或 C-9[6] (图 2)。 除了氧化含(1Z, 4Z)-戊二烯的 PUFA, LOX 也可 以氧化烯丙基酮, 如蓖麻酸的酮衍生物可以被代谢 成成对的不饱和二酮脂肪酸或可以被裂开为相应的 ω-酮 C13-脂肪酸 [31] 5.2 LOX 在幼苗中参与储藏脂肪动员 种子萌发成为幼苗, 有新的 LOX 合成, 大量的 LOX 蛋白和相应 mRNA 的累积可以持续几小时甚 至几天。在大豆幼苗生长发育的初期, 子叶 LOX 的 作用之一就是破坏细胞内的膜系统, 使多种酶与其 相应底物结合, 启动生长过程 [47?49]。 黑暗中萌发的含油种子, 动员子叶中脂肪体的 储藏脂肪, 储藏脂质体的 LA 部分转化为 LA-CoA 或 13-HODE-CoA 进入乙醛酸循环β-氧化 [50]。 萌发的黄 瓜种子中, 与脂肪体结合的特异 LOX 能加氧到酯化 脂肪酸, 产生含一、 二或三 13-HPOD 残基的三酰甘 油, 氧化的脂肪酸很容易从脂肪体解离而释放到胞 液中 [44]。 。更多的研究表明某些 LOX 也 能催化酯化脂质(Ester lipid)的氧化, 如磷脂、 TAGs、 胆甾醇酯, 甚至更复杂的脂蛋白复合物如生物膜都 能被 LOX 催化代谢 [32?39]。 5.3 LOX 参与植物的营养生长 LOX 参与马铃薯块茎的生长。POTLX-1 具有 LOX-9 活性, POTLX-1 在马铃薯块茎和根中表达, POTLX-1 mRNR 出现在块茎的末梢最活跃地生长部 图2 Fig. 2 LOX 催化反应 [6] LOX reaction[6]. 分。表达反义 POTLX-1 的转基因马铃薯的 LOX 活 性降低, 形成的块茎是小而畸形, 产量降低。 在块茎 Journals.im.ac.cn 4 ISSN1000-3061 CN11-1998/Q Chin J Biotech January 25, 2009 Vol.25 No.1 的形成过程中, LOX 可能起动调节细胞生长的氧化 油脂的合成, 控制块茎生长和发育 [51] 膜重组酶, VLXD 聚积在 BS 和 PVM 细胞液泡中, VLXD 是大豆叶中的主要储藏蛋白 [43]。 大豆豆荚壁是种子发育的主要氮库。在发育期 间, 聚积大量的 LOX 和 VSPα, 在种子填充期间, 首 先是减少这些蛋白。 在种子填充前, VLXD 主要聚积 在内果皮中间带的液泡和细胞质中 [54]。而 VLXA、 VLXB 和 VLXC 在中果皮细胞层(Mid-pericarp cell layer, MPL) 细胞的细胞质中。MPL 细胞的细胞壁薄, 偶尔会破裂, 从而使细胞成分混合。当豆荚壁瓦解, 富含 LOX 的分泌液从 MPL 流出, 使 LOX 与其底物 接触, 触发与 LOX 相关的防御反应 [55]。 。 几种豆科植物根瘤中, 有 LOX 蛋白和相应的 mRNA 存在。在 P. vulgaris 根瘤中, LOX mRNA 和 蛋白质主要存在于生长的根瘤中, 在长大的根瘤中, 表达水平下降。在根瘤薄壁组织和根瘤组织中央的 未感染细胞中存在 LOX, LOX 的积聚可能与根瘤发 育有关 [49]。 5.4 LOX 参与果实风味物质的形成 编码番茄的 LOX 基因有 TomloxA、 TomloxB、 TomloxC、TomloxD、TomloxE。在果实熟化过程中, TomloxA、TomloxB、TomloxC 和 TomloxE 在果实中 有不同程度的表达 [5,52]。TomloxC 和 TomloxD 是叶 绿 体 LOX, 除 了 可 能 具 有 防 御 功 能 外 , 果 实 中 的 LOX 可能与风味和香味化合物 C6 醛的合成有关, 或在叶绿体向色质体转变过程中参与类囊体膜的降 解 [5,52] 。 本 实 验 室 研 究 番 茄 的 LOX 家 族 , 发 现 TomloxC 参与番茄风味物质己醛和己烯醛的形成。 在转基因番茄中, TomloxC 的反义沉默和协同抑制 并不明显影响其他脂肪氧化酶的表达, 但使番茄果 实和叶中脂肪酸衍生的短链挥发物醛和醇的含量大 大降低, 己醛和己烯醛减少的程度与转基因番茄中 TomloxC mRNA 减少的量有关 [5]。在果实成熟过程 中, TomloxC 并不直接催化合成风味物质, 而是首先 催化 13-过氧化氢衍生物的生成, 后者再由过氧化 氢物裂解酶(HPL)催化产生 C6 挥发物醛和醇 [5]。 5.6 LOX 在植物防御中的作用 5.6.1 损伤 几种植物在受到机械损伤或昆虫取食后, 其损 伤叶和未损伤的叶的 LOX 的转录都被诱导, LOX 与 多种信号物的合成有关 [21, 23, 41, 56]。LOX 在伤害反应 和抗有害生物中的作用缘于植物组织受到伤害后, LOX 蛋白质及其活性会急剧增加, 形成新的 LOX 同 功酶。在植物的正常组织中, LOX 与反应底物是分开 的, 当组织损伤, LOX 才能与底物接触催化反应[57,58]。 拟南芥和马铃薯植物, 对损伤的响应需要叶绿 体 LOX[59,60]。叶绿体包膜含有催化几种氧化油脂合 成的酶, 一些响应损伤的氧化脂肪的合成在叶绿体 中开始 [12] 。在损伤后, 叶绿体单半乳糖二酰甘油减 少, 这些油脂是氧化油脂合成的亚麻酸来源 [61] 。由 于非叶绿体 LOX 在损伤时也被诱导, 因此, 其他的 细胞区室也存在损伤诱导的氧化油脂合成。 LOX 催化产生的 JA 和愈伤酸(12-Oxo-10(E)dodecenoic Acid, Traumatin)在植物生长中也有重要 的生理作用。愈伤酸可促进植物组织伤口愈合, 从 而降低受伤组织中病原菌的侵入 [62]。在损伤响应中, JA 和植物二烯酸(12-oxo-phytodienoic acid, OPDA) 是信号分子, 受损伤时, JA 和 OPDA 含量增加。JA 或 OPDA 处理会诱导植物合成防御草食动物的分 子 [41,63]。 缺乏合成或感知 JA 的拟南芥植物对损伤和 昆虫的侵害反应迟钝 [64,65] 。Atlox2 共抑制表达的转 基因拟南芥的 JA 减少, 受损伤诱导的 vsp 基因的表 达水平降低。在植物受损伤后, 除 JA 外的其他氧化 油脂合成也在损伤响应中起重要作用。 植物一旦受到损伤, 过氧化氢物裂解酶 (Hydroperoxide lyase, HPL)途径的所有产物—C6 挥 5.5 LOX 可以作为营养储藏蛋白 非种子组织合成的储藏蛋白不同于种子中的储 藏蛋白, 称为 VSP(Vegetative storage protein)。VSP 存在于大豆叶的维管束鞘(Bundle sheath, BS)液泡和 侧脉叶肉(Paraveinal mesophyll, PVM)细胞, 也存在 于花、萌发子叶和豆荚壁中。VSP 的功能是储藏多 余氮, 参与脂类迁移以及调节“源”与“库”的分 配 [43,44] 。 在 库 限 制 (Sink limitation)(除 去 豆 荚 或 芽 尖)、高氮、缺水、损伤和 JA 的情况下, VSP 基因的 表达增强 [43,53]。库限制时, 大豆叶中至少 5 种营养 LOX 蛋白(VLXA、 VLXB、 VLXC、 VLXD 和 VLXE) 的含量增高 [43] 。VLXA、VLXB 和 VLXC 在 PVM 细 胞的胞液中, 除去豆荚后, 它们也聚积在 BS 和邻近 细胞的胞液, 在经 PVM 细胞层吸收的再迁移过程中, VLXA、VLXB 和 VLXC 可能是参与脂肪代谢和/或 Journals.im.ac.cn 胡廷章等: 植物脂肪氧化酶的研究进展 5 发物、醛和醇快速合成。这些化合物在防御反应中 也作为信号分子。拟南芥中, (E)-2-己烯醛诱导与防 御反应相关的 JA 可诱导基因的表达, 但不能诱导其 他 JA 响应基因的表达 [56], 说明在损伤响应中, 来自 LOX 衍生途径的信号分子是中介体。LOX H3 减少 的转基因马铃薯植物叶, 在未受到损伤或受到损伤 后不久, 较野生型产生稍多的 JA; JA 处理这些反义 转基因马铃薯植物, 不会诱导蛋白酶抑制剂?(PIN2) 的 mRNA 达到在野生型的水平 [60] 生的挥发物不完全相同, 但是, JA 诱导产生的挥发 物是类似于草食动物诱导产生的挥发物的混和 外源 JA 处理的番茄, 引起甜菜粘虫幼虫被它 物 [70]。 的天然天敌—黄蜂 Hyposoter exiguae 寄生的寄生病 增加 [67]。 5.6.3 病菌侵袭 在几种植物-病原相互作用过程中, LOX 基因受 到诱导。LOX 对有害物的防御功能与不同的信号化 合物和抗微生物活性物的合成有关, 或与 HR 的发 展相关 [41, 63, 71?73]。 烟草中, 9-LOX 活性和 Lox1 mRNA 的表达受 Phytophtora parasitica var nicotianae 感 染 诱 导 。 9-LOX 活性和 Lox1 mRNA 表达在不相容植物-病原 相互作用比相容植物-病原相互作用更早, 说明 9-LOX 在植物防御真菌感染中起作用 [74]。用不相容 Phytophtora parasitica var nicotianae 处理反义 Lox1 转基因烟草植物, 产生的病症相似于相容相互作用 有 的病症 [74]。 2 种可能的解释: 1) 来自于 LOX 途径 具有抗真菌活性的代谢物不再合成, 因此允许真菌 生 长 。 2) 诱 导 过敏 反应 (Hypersensitive response, HR)是病原诱导细胞死亡过程, 需要一些 LOX 代谢 产物, 在不相容相互作用中, HR 在感染部位限制病 原生长。 HR 过程中, LOX 介导的油脂氧化在膜损 在 伤 过 程 中 是 重 要 的 [72] 。 诱 发 物 (Elicitor) 隐 地 蛋 白 (Cryptogein)处理烟草叶, HR 需要 2 种 LOX, 其中, 13-LOX 参与 JA 合成, 9-LOX 参与脂肪酸过氧化反 在 应, 导致膜损伤, 最后细胞死亡 [72]。 HR 发展过程 中, 小扁豆根原生质体中的过氧化氢产生早, 诱导 细胞死亡、增加 LOX 活性。LOX 抑制剂和抗 LOX 抗体保护原生质体免受过氧化氢诱导的细胞死亡。 此外, 9-和 13-HPOT 在该系统中引起细胞死亡 [75]。 。因此, 受到损伤 后, 一种与 JA 不同的氧油脂可能参与诱导 PIN2 mRNA 聚积。在叶绿体中, 不同的 LOX 结合不同的 膜, 有不同代谢途径的酶, 从而导致叶绿体中氧化 油脂合成的分区化。 5.6.2 草食动物侵袭 植物受到伤害后的初期阶段, 抗性品种比易感 品种的 LOX 活性要大得多。大豆 LOX 的直接抗性 反应是催化亚麻酸和亚油酸氧化生成过氧化氢脂质 和一些次级氧化产物, 这些物质是有毒性。LOX 催 化产物如己醛等对植物病原物 有不利影响, 氢过氧 化物和己醛有驱除害虫的作用 [66]。 LOX 途径在植物防护草食动物过程中, 通过诱 导产生几种防御分子和吸引草食动物的天敌物质发 挥作用 [67] 。植物受昆虫伤害, 释放的挥发物在质量 上和/或数量上, 是不同于未受损伤或机械损伤植物 的, 邻近的植物能区分这些刺激, 从而作出相应反 应 [68]。这些挥发物是 LOX 途径产物, 如(Z)-3-己烯 乙酸 [69]。受草食动物诱导产生的挥发物能吸引草食 动物的天敌 [70] 。 如 诱 导 素 (Volicitin, N-(17- hydroxylineloyl)-l-Gln) 就是这些挥发物之一, 用这 种挥发物处理玉米(Zea mays), 会引起吸引寄生黄 植物中, 蜂 (Cotesia marginiventris)的挥发物释放 [69]。 诱导素与 AOS 途径的产物关联, 诱导素活化 LOX 介导的防御反应 [69]。 蜘 蛛 螨 (Tetranychus urticae) 侵 染 利 马 豆 (Phaseolus lunatus)后, 植物会聚积 LOX 和 5 个其他 防御基因的 mRNA, 增加 LOX 活性。受侵染利马豆 叶产生的挥发物主要是萜类化合物 [68]。水杨酰氧肟 酸是 LOX 活性抑制剂, 用水杨酰氧肟酸预处理, 会 阻滞 LOX 和防御基因的表达。由于这种抑制剂的抑 制效果能被同时施用的 JA 减弱,因此, 植物对蜘蛛 螨的响应似乎是 JA 介导的。 虽然与草食动物诱导产 5.7 LOX 参与植物的抗逆反应 一些 LOX mRNA 的表达水平会因 ABA 和 JA 的 施用而增加, 也会因损伤、病原感染、缺水等因素 的存在而提高。大豆在受损伤、干旱和热胁迫等逆 境中, LOX 的含量及活性成倍增加 [47–49], 说明 LOX 参与了大豆的抗逆生理反应。LOX 在酶促脂肪酸氧 化过程中伴生的游离基和过氧化氢物, 是植物产生 活性氧的途径之一, 而活性氧可进一步参与植物体 的防卫反应 [40]。LOX 能促进各种细胞膜不可逆损害 的修复 [17]。 Journals.im.ac.cn 6 ISSN1000-3061 CN11-1998/Q Chin J Biotech January 25, 2009 Vol.25 No.1 6 LOX 基因的表达 6.1 LOX 基因表达的组织特异性 在植物中, 许多 LOX 基因的表达是组成型的, 的作用, 已引起人们的广泛关注, 脂肪氧化酶催化 反应的产物氢过氧化物衍生物、己醛等已 被证明对 许多昆虫是有毒物质, 有可能成为开发新型植保素 的重要来源。 LOX 的作用和各 种生理功能使其成为商业上的 一种重要酶, 在食品原料与加工中有很大的意义。 如由小麦 磨制的新鲜面粉, 因含类胡萝卜素而成淡 黄色, 制作面包时掺入适量大豆粉以取代化学漂 白 剂, 即是利用 LOX 耦联氧化类胡萝卜素而进行生物 漂白, 保证了面粉的质量; 同时 LOX 还可以增强小 麦中麦谷蛋白的交联和氧化作用, 提高麦类食品的 口感和风味。LOX 还 广泛应用于茶叶加工中, 在红 茶和乌龙茶的制造发酵过程中, 能促进茶叶原 料的脂质 过氧化作用, 生成茶叶的香味。 另外, 在自 然界中使大多数蔬菜和水果成熟时具有特殊风 味也 是 LOX 系统的代谢产物。随着研究的深入, LOX 的 应用将更加广阔。 但一些 LOX 基因的表达具有组织特异性。 在大豆中, LOX 同功酶在不同的组织中表达, 大 豆种子存在有 3 种不同性质脂肪氧化酶同功酶 Lox1、 Lox2 和 Lox3, 一旦种子萌发, 其活 性降低 [15] 。而在大豆种子萌发 初期子叶中分离提纯出 3 种新同功酶 Lox4、 Lox5 和 Lox6[76]。 番茄中, TomloxB 和 TomloxE 在果实中表达, 在叶中不表达, 而 TomloxD 则相 反, 在叶中表达, 而不在果实中表达 [5]。马铃薯的 Lox1、Lox2 和 Lox3 的表达具有组织 特异性, Lox1 在块茎和根中表达, Lox2 在叶中表达, Lox3 在叶和根中表达 [15]。 6.2 植物 LOX 基因表达的可诱导性 在众多的植物 LOX 中, 有许多 LOX 基因是诱导 表达的。在生物和非生物压力下, 会诱导一些 LOX 的表达。在受伤后不久的大豆叶片中分离 出 Lox7、 Lox8 两种脂肪氧化酶, 并发现这两种同功酶在幼 叶、花和未成熟的荚中都存在, 并具有很高的酶活 性 [57]。马铃薯受到损伤后, Lox2 和 Lox3 在叶中的表 达明显提高 [15]。番茄 TomLoxD 的表达受损伤、系统 素和茉莉酸甲酯的诱导 [14]。OsLOX1 在水稻受 损伤 和褐稻虱侵害后, 其表达明显增高 [23] 。豌豆在受损 伤和线虫侵染后, LOXN2 基因 在豌豆根中的表达受 到明显诱导 [21]。 REFERENCES [1] Andre E, Hou KW. 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