雨生紅球藻蝦青素合成關(guān)鍵酶基因bkt分子機(jī)制相關(guān)研究.

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1、關(guān)于雨生紅球藻蝦青素合成關(guān)鍵酶基因bkt分子機(jī)制相關(guān)研究曾志勇、袁家錚、吳美婷、宋雪一、立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容1．項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（1）研究目的與意義蝦青素（astaxanthin,AST，3,3'-二羥基44'-二酮基-β胡蘿卜素,分子式為C40H52O4）是一種具有極強(qiáng)抗氧化活性的類胡蘿卜素，可作為脂溶性的色素,具有艷麗的紅色和強(qiáng)的抗氧化性能。在食品工業(yè)中,不僅能有效起到保鮮、保色、保味、保質(zhì)等作用,而且能為多類食品著色,增加食品的色澤美感。另外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明蝦青素有抑制腫瘤發(fā)生、增強(qiáng)免疫功能等多方面的生理作用。因此蝦青素還可以運(yùn)用于保健品，以提高機(jī)體免疫能

2、力和防癌抗癌為特點(diǎn)，運(yùn)用于化妝品中還具有抗氧化，防衰老，抑制色素累積等優(yōu)點(diǎn)。此外，蝦青素進(jìn)入動(dòng)物體后可以不經(jīng)修飾或生化轉(zhuǎn)化而直接貯存于組織中，使一些水生動(dòng)物的皮膚和肌肉出現(xiàn)健康而鮮艷的顏色，因此蝦青素是魚類飼料中的首選色素，蝦青素還可以促進(jìn)生長(zhǎng)繁殖及家禽的產(chǎn)蛋率?？傊r青素具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣泛的應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景。研究表明，蝦青素是具有抗氧化活性的類胡蘿卜素，與β-胡蘿卜素、維生素E等相比，蝦青素具有更強(qiáng)的生物活性，是屬于對(duì)人體安全無(wú)害的物質(zhì)。蝦青素的抗氧化活性比β-胡蘿卜素高約32倍，比維生素E高約100倍，蝦青素已被認(rèn)為是“超級(jí)抗氧化劑”。目前國(guó)

3、際市場(chǎng)的價(jià)格為每千克100美元，由于蝦青素結(jié)構(gòu)的特異性讓它具備多種效用價(jià)值，因此全球每年有1億美元以上的市場(chǎng)容量。目前生產(chǎn)蝦青素的方法有兩種，包括化學(xué)合成和生物提取。由于化學(xué)合成的蝦青素比之天然蝦青素在結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用及安全性等方面都要略遜一籌，所以很多科研人員尋找高效的天然蝦青素合成方法來(lái)彌補(bǔ)化學(xué)合成蝦青素的不足。目前市場(chǎng)上蝦青素的主要來(lái)源是雨生紅球藻（Haematococcuspluvialis）。這種藻是天然蝦青素產(chǎn)量最高的生物，在特定條件下，雨生紅球藻可以積累占其干重1%~3%以上的蝦青素，且所含蝦青素的結(jié)構(gòu)與養(yǎng)殖對(duì)象所需一致，被公認(rèn)為天然蝦青素的

4、最好生物來(lái)源。雨生紅球藻是一種單細(xì)胞綠藻，在多種逆境脅迫條件下能夠大量合成并迅速積累的次生代謝產(chǎn)物—蝦青素。例如在強(qiáng)光、缺氮誘導(dǎo)或者ABA誘導(dǎo)等條件下，雨生紅球藻合成蝦青素。雨生紅球藻蝦青素的合成機(jī)制很特別，在弱光、氮磷豐富的環(huán)境中主要以綠色的游動(dòng)細(xì)胞形式存在；而在不利于生存的條件(高光照、高溫、高鹽和營(yíng)養(yǎng)鹽饑餓)下則以不動(dòng)細(xì)胞形式存在，并積累大量的類胡蘿卜素，其中80%以上是蝦青素。雨生紅球藻蝦青素合成的觸發(fā)明顯與環(huán)境脅迫因子相關(guān)，是研究綠藻在環(huán)境脅迫下如何進(jìn)行基因表達(dá)調(diào)控極佳的實(shí)驗(yàn)材料，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。有研究證明在誘導(dǎo)條件下雨生紅球藻細(xì)胞內(nèi)蝦青素積

5、累明顯。在蝦青素合成酶系基因中八氫番茄紅素合成酶基因(psy)、八氫番茄紅素脫氫酶基因(pds)在誘導(dǎo)條件下，mRNA水平在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)升高，在誘導(dǎo)后期mRNA依然保持較高水平。胡蘿卜素羥化酶基因(crtR-B)、胡蘿卜素酮化酶基因(bkt)在誘導(dǎo)一段時(shí)間后mRNA水平升高后又略有下降,而番茄紅素環(huán)化酶基因(lcy)則不受這些誘導(dǎo)條件的調(diào)控,一直處于較高水平的表達(dá)。蝦青素合成基因表達(dá)模式的差異表明這些基因分子調(diào)控機(jī)制不盡相同。β-胡蘿卜素酮化酶(BKT)是雨生紅球藻蝦青素合成途徑中的關(guān)鍵酶，能夠以β-胡蘿卜素(β-Carotene)和玉米黃素(Zeaxa

6、nthin)為底物，形成角黃質(zhì)(Canthanxanthin)和蝦青素。其中β-胡蘿卜素酮化酶基因（bkt）的轉(zhuǎn)錄活性與蝦青素含量呈明顯的線性關(guān)系，脅迫前，幾乎檢測(cè)不到任何bkt轉(zhuǎn)錄活性和蝦青素；脅迫后，bkt的轉(zhuǎn)錄活性最多上升近百倍，蝦青素也相應(yīng)得到大量積累。參考文獻(xiàn)陳興才，黃偉光，歐陽(yáng)琴.雨生紅球藻中蝦青素酯的皂化及游離蝦青素的純化分離.福州大學(xué)學(xué)報(bào).2005,33(2):264-269張曉麗1,2，劉建國(guó)1,*.蝦青素的抗氧化性及其在營(yíng)養(yǎng)和醫(yī)藥應(yīng)用方面的研究.食品科學(xué).2006,27(01):258-262朱明軍，宗敏華，吳振強(qiáng)，梁世中.蝦青素研究進(jìn)

7、展.食品工業(yè)科技.2000,21(2):79-81高桂玲，成家楊，馬炯*.雨生紅球藻和蝦青素的研究.水產(chǎn)學(xué)報(bào).2014,38(2):297-304章麗，龔一富*，劉曉丹，張文青.鹽生杜氏藻β-胡蘿卜素羥化酶基因(chyb)的克隆及表達(dá)分析.農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào).2013,21(8):920-930梁成偉1,2，田李2，蘇忠亮1，秦松2＊.誘導(dǎo)條件下雨生紅球藻蝦青素合成相關(guān)基因的表達(dá)特征分析.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2009,30(3):221-225檀琮萍1,2，梁成偉1,2，蘇忠亮3，秦松1.雨生紅球藻β-胡蘿卜素酮化酶基因克隆、分析及葉綠體表達(dá)載體

8、構(gòu)建.海洋通報(bào).2007.26(1):35-40檀琮萍1,2，閻斌