植物番茄红素生物合成相关基因的表达调控研究进展

番茄红素的研究进展及应用前景摘要：番茄红素是植物中所含的一种天然色素。

广泛存在于番茄、番茄制品及西瓜、葡萄柚等水果中。

它是目前在自然界的植物中被发现的最强抗氧化剂之一。

近年来，番茄红素是目前功能食品、医药、化妆品等行业的研究热点。

本文主要对番茄红素的结构、理化性质、生理功能、应用前景进行综述。

关键词：番茄红素；基本性质；生理作用；应用前景番茄红素(Lycopene)，是植物中所含的一种天然色素，番茄红素最早于1873年由Hartsen等从Tamus communis L分离得出结晶；1875年，Millardet将其命名为Solanorubin；1903年，Schunck 将其更名为lycopene且沿用至今{1}。

近年来多项研究发现，番茄红素具有超强抗氧化力、抗肿瘤效应、减少心脑血管疾病发生、增加免疫力等多种功效。

但哺乳动物自身不能合成番茄红素，必须靠食物获取。

因此，番茄红素越来越受到医学及营养学界的重视，其相关产品开发成为研究热点之一。

一、结构1910年，Willstaller和Escher在对番茄红素的研究中首次确定了其分子式为C40H56，分子量为536.85。

1930年，Karrer 等人提出，番茄红素是一种化学结构式中含有11个共扼双键及2个非共扼双键的非环状平面多不饱和脂肪烃，在1932年由Kuhn 和Grundmann证实{2}，其结构如图1。

二、理化性质番茄红素晶体为红色长针状，分子式为C40H56，相对分子质量为536．85，熔点174℃，可燃，是胡萝卜素的异构体。

番茄红素不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、丙酮、己烷，易溶于苯、二硫化碳、氯仿等有机溶剂。

番茄红素对某些离子比较敏感，如Cu2+与Fe3+会引起番茄红素的损伤，而Na+、K+、Mg2+和Zn2+对番茄红素的稳定性影响不大。

番茄红素分子中存在多个双键，使其稳定性很差，存在顺反异构和氧化降解现象。

到目前为止，已发现72种番茄红素异构体。

园艺植物中类胡萝卜素合成与调控的研究进展一、综述类胡萝卜素作为一类重要的天然色素，在园艺植物中发挥着不可或缺的作用。

随着生物技术的飞速发展和研究手段的不断创新，园艺植物中类胡萝卜素的合成与调控机制逐渐明晰，为园艺植物的遗传育种和生产实践提供了坚实的理论依据。

园艺植物如胡萝卜、番茄、菠菜等富含类胡萝卜素，这使得它们在营养价值和观赏价值方面都具有独特的地位。

类胡萝卜素不仅赋予植物丰富多彩的颜色，更在植物的光合作用、抗氧化、抗逆境等生理过程中发挥着关键作用。

深入研究园艺植物中类胡萝卜素的合成与调控机制，对于提高园艺植物的品质、产量和抗逆性具有重要意义。

在类胡萝卜素的合成方面，研究揭示了其生物合成途径中的关键酶和基因。

类胡萝卜素的合成是一个复杂的生物过程，主要在叶绿体和有色体中进行。

植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物质，并释放氧气。

这一过程中，光合色素吸收光能，通过光化学反应生成初级光产物，进而参与类胡萝卜素的合成。

这些初级光产物在一系列酶的作用下，经过多步反应，最终合成各种类胡萝卜素。

在类胡萝卜素的调控方面，研究发现了多种调控因素，包括基因表达、激素和信号通路等。

基因表达调控是其中最重要的机制之一，植物体内存在一系列与类胡萝卜素合成相关的基因，这些基因的表达水平受到光照、温度、激素等多种因素的影响。

激素和信号通路也对类胡萝卜素的合成进行精细调控，以确保其在植物体内的平衡和稳定。

园艺植物中类胡萝卜素的合成与调控是一个复杂而精细的过程，涉及多个层面和因素。

未来研究将进一步揭示其合成与调控的分子机制，为园艺植物的遗传育种和生产实践提供更有效的理论指导和技术支持。

1. 类胡萝卜素在园艺植物中的重要性类胡萝卜素在园艺植物中的重要性不容忽视。

作为一类重要的天然色素，类胡萝卜素不仅赋予园艺植物丰富多彩的颜色，从鲜艳的黄色到深邃的红色，使得植物在视觉上更具吸引力，而且还在植物的生长、发育以及抵抗逆境过程中发挥着至关重要的作用。

中国瓜菜2023，36（3）：9-14收稿日期：2022-11-18；修回日期：2023-01-16基金项目：国家现代农业产业技术体系（CARS-23-G11）；烟台市科技计划项目（2022XCZX091）；重庆市巫山县科技项目（wskjdx-bxm2022003）作者简介：石雪燕，女，在读硕士研究生，研究方向：植物分子生物学。

E-mail ：*****************通信作者：王虹云，女，高级农艺师，研究方向：蔬菜育种及分子生物学。

E-mail ：************************转录因子（transcription factor ，TF ）是能够特异性地结合基因5’端上游特定核苷酸序列的蛋白，能够调控基因表达功能，加强或抑制基因的转录，也可称作反式作用因子[1]。

转录因子作用过程是在植物根据不同的发育阶段以及面对外部环境的变化时，与相应的顺式元件特异性地结合，激活特定基因转录表达，做出一系列应答反应[2]。

不仅如此，当DNA 转录成RNA 时，在转录起始过程中转录因子起着辅助RNA 聚合酶的作用，是此过程必不可少的一部分[3]。

现在已经发现数百种基因编码植物转录因子，按照DNA 结构域可以分为MYB 、SBP 、HB 、DREB 、NAC 、bZIP 、WRKY 和AP2/EREBP 等家族[4]。

转录因子参与植物许多生理过程，在植物面对外界刺激变化时诱导相关基因表达，开启植物的防御机制，在植物抗逆性方面起着重要作用[5]。

MYB 转录因子家族在植物中数量较多、功能多样，大多数与植物生长发育及逆境胁迫有关，备受学者关番茄MYB 转录因子研究进展石雪燕1，2，李涛1，2，王虹云2，张瑞清2，曹守军2，张丽莉2，姚建刚2，刘佳凤1，2（1.烟台大学生命科学学院山东烟台264005；2.山东烟台市农业科学研究院山东烟台264421）摘要：MYB 转录因子是植物中最大的转录因子家族之一，能够结合基因5’端上游特定核苷酸序列，协助RNA 聚合酶催化DNA 模板链转录成RNA ，起到调控目的基因表达的作用。

微生物发酵生产高品质番茄红素的研究进展王红波;吴华;陈禅友;刘琴;潘磊;郭瑞;胡志辉【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2015(034)005【摘要】番茄红素是一种良好的抗氧剂,能减小活性氧自由基对细胞的氧化损伤、预防癌症、降低血液中胆固醇水平、预防心脑血管疾病,已被广泛应用于食品添加剂、化妆品和医药领域,市场前景良好.该文综述了用重组大肠杆菌和三孢布拉霉菌体发酵生产天然高品质番茄红素的研究现状,并对用微生物发酵生产番茄红素的前景作出展望.【总页数】4页(P7-10)【作者】王红波;吴华;陈禅友;刘琴;潘磊;郭瑞;胡志辉【作者单位】江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056;江汉大学生命科学学院湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心,湖北武汉430056【正文语种】中文【中图分类】TS202.3【相关文献】1.番茄红素的微生物合成及发酵生产研究进展 [J], 吴军林;吴清平;张菊梅;莫树平;柏建玲2.微生物生产番茄红素及其发酵促进剂的研究进展 [J], 徐娜;郑珩;许激扬3.番茄红素的发酵生产及功能研究进展 [J], 赵兰坤;邢芳芳;张春宇4.微生物发酵生产番茄红素的研究进展 [J], 张丽靖;杨郁5.发酵法生产番茄红素研究进展 [J], 周义凤;聂波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

番茄红素β-环化酶基因(LcyB)启动子调控LcyB RNAi双元载体构建莫爱琼;文了;黎海燕;马丽;万小荣【摘要】根据番茄基因组DNA序列信息设计引物进行PCR扩增了Micro-Tom 中番茄红素β-环化酶(Lycopeneβ-cyclase,LcyB)基因起始密码子上游1 534 bp 启动子区域序列(LcyBp),生物信息学分析表明,该启动子序列中存在TA-TA-盒、CAAT-盒、昼夜节律响应元件Circadian、光响应元件Box Ⅰ、真菌激发子响应元件Box-Wl、低温响应元件LTR、响应赤霉素的作用元件P-box、乙烯响应元件ERE、响应生长素的作用元件TGA-element等顺式作用元件.依据番茄LcyB基因序列,设计2对含有不同酶切位点的特异引物进行PCR扩增LcyB基因3'端特异的276 bp DNA片段,利用RNAi载体pKANNIBAL构建了“LcyB启动子-LcyB基因正义片段(Sense)-PDK内含子-LcyB基因反义片段(Antisense)-OCS终止子”的RNAi表达框,并将这一RNAi表达框插入植物双元表达载体pART27的NotⅠ位点,构建成本研究的LcyB启动子驱动的LcyB基因RNAi植物双元表达载体pART-LcyBp-RNAi-LcyB.为利用RNAi技术特异性敲除LcyB基因进而提高番茄果实中番茄红素含量奠定实验基础.【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(048)004【总页数】7页(P50-56)【关键词】番茄;番茄红素β-环化酶(Lycopene β-cyclase,LcyB);启动子;RNAi双元载体【作者】莫爱琼;文了;黎海燕;马丽;万小荣【作者单位】仲恺农业工程学院生命科学学院,广州510225;仲恺农业工程学院生命科学学院,广州510225;仲恺农业工程学院生命科学学院,广州510225;仲恺农业工程学院生命科学学院,广州510225;仲恺农业工程学院生命科学学院,广州510225【正文语种】中文【中图分类】Q945.1番茄红素(Lycopene)具有淬灭单线态氧、清除自由基、诱导细胞间连接通讯、调控细胞增殖等多种功能，尤其是对某些癌细胞增殖的抑制作用比α-胡萝卜素和β-胡萝卜素更强，因而成为现在最受关注的类胡萝卜素色素之一，是目前国际功能食品研究和化妆品与食品添加剂研究的焦点，有希望成为最重要的一个化学防癌物质，对人类健康有重要意义[1-2].在高等植物中番茄红素是由八氢番茄红素脱氢转变而来的，番茄红素的代谢途径主要是其环化反应，特别是番茄红素β-环化酶(Lycopene β-cyclase, LcyB)催化其环化形成β-胡萝卜素，是其主要代谢途径，PECKER等[3]克隆鉴定了番茄中编码番茄红素β-环化酶的LcyB 基因，发现其表达在果实后熟阶段降低，从而利于果实中番茄红素的积累. 目前成功的相关转基因植物报道的工作是在类胡萝卜素合成品种中过表达正向催化番茄红素前体合成的关键酶基因，希望提高转基因植株中番茄红素的含量，但由于向番茄红素合成支路的流向增大，往往导致其它以异戊二烯类化合物为前体的合成途径底物缺乏，而对转基因植株的生长发育造成不利影响[4-5]. 例如组成型表达八氢番茄红素合成酶基因的转基因番茄中，因为与赤霉素的生物合成途径竞争牻牛儿牻牛儿焦磷酸(GGPP)前体导致植株矮化等现象，因而无法应用于农业生产[4]. 2000年以色列科学家利用番茄Beta突变体的研究[6]表明，该突变体果实“后熟”期间番茄红素水平明显低于野生型，进一步研究发现这种突变表型是由于第6染色体上编码番茄红素β-环化酶的LcyB基因高表达所致，即番茄红素环化反应增强，大量转变生成β-胡萝卜素了. 迄今尚无番茄中LcyB基因启动子研究的有关报道.一些小的双链RNA可以高效、特异地阻断体内特定基因表达，使特异mRNA降解，诱使细胞表现出特定基因缺失的表型，这一过程称为双链RNA干扰(Double-stranded RNA interference, 简称RNAi)[7-8]. RNAi作为一种反向遗传学的研究方法，为后基因组时代基因功能的分析提供了一种可靠、快速的应用技术平台. 本实验从新型模式植物微型番茄(Micro-Tom)中克隆LcyB基因5’上游启动子序列，并构建其驱动的特异静默LcyB基因的RNAi植物双元表达载体，为在此基础上利用RNAi技术特异性敲除番茄果实中的LcyB基因，通过阻断番茄果实中番茄红素的环化反应来终止以番茄红素为底物继续进行的代谢途径，进而获得番茄红素高富集的优质番茄奠定实验基础.1.1 植物材料微型番茄(Lycopersicon esculentum,称作Micro-Tom)是一种新型模式植物，其生命周期短，从播种到果实成熟只需约70 d，且生长密度高，可达约1 357株/m2；农杆菌介导的Micro-Tom子叶转化频率高，约达80%；Micro-Tom中只有2个主要基因(Dwarf Gene和Miniature Gene)与普通番茄不同[9-10]. 上述特征大大方便了番茄的突变和转基因，且使基因敲除的应用更为便利. Micro-Tom 种子播种在泥炭土中，生长条件为：光周期，16 h光/8 h暗；温度，25±1 ℃. 萌发生长约20 d后取番茄叶片备用.1.2 Micro-Tom LcyB基因5’上游启动子序列克隆采用SDS法提取Micro-Tom叶片基因组DNA[11]. 根据DNA数据库中报道的番茄基因组DNA序列信息(GenBank Accession No. KP233172)设计一对引物(LcyBp-F: 5’-CGRYCGTTCAGTCGTCTTAGGC-3’和LcyBp-R: 5’-CTCGAGACCATTATAGAGAATG-3’)，以Micro-Tom基因组DNA为模板，进行PCR扩增LcyB基因5’上游启动子序列，将PCR产物克隆到pMD 19-T (Simple) 载体(TaKaRa)上，通过PCR和酶切检测获得阳性克隆(含质粒pMD-LcyBp)后，挑阳性克隆送上海生工生物技术有限公司测序，获得Micro-Tom LcyB基因5’上游启动子序列(命名为LcyBp).1.3 LcyB基因启动子序列的生物信息学分析将上述克隆的Micro-Tom LcyB基因启动子序列在植物顺式作用元件数据库中的信号扫描程序进行生物信息学分析，搜寻该启动子序列中可能响应外界环境刺激和发育信号的顺式作用元件.1.4 LcyB基因启动子驱动的特异静默LcyB基因的RNAi双元表达载体构建构建LcyB基因RNAi植物表达载体时，本研究选用质粒pKANNIBAL作为基本克隆载体. 以引入的Mcr I和Xho I 2个限制性内切酶酶切质粒pMD-LcyBp，获取LcyBp片段替代质粒pKANNIBAL上的CaMV 35S 启动子，构建成含Micro-Tom LcyB基因启动子的中间RNAi质粒pK-LcyBp.根据DNA数据库中报道的番茄LcyB基因序列信息(GenBank Accession No. AEKE02020044)设计引物RNAi-S1(5’-CTCGAGGATCTTGATCCTAAATACTGGC-3’)和RNAi-S2(5’-GGTACCTGACAGTATGTAGCTCTTATCTCAC-3’)、以及RNAi-AS1(5’-AAGCTTGATCTTGATCCTAAATACTGGC-3’)和RNAi-AS2(5’-ATCGATTGACAGTATGTAGCTCTTATCTCAC-3’)扩增LcyB基因3’端276 bp 片段，在上述4条引物5’端分别引入Xho I、Kpn I和Hind III、Cla I酶切位点. 将2个PCR产物分别克隆到载体pMD 19-T (Simple) (TaKaRa)上，通过PCR、酶切检测及测序验证获得阳性克隆(分别含质粒pMD-RNAiS及质粒pMD-RNAiAS).以Xho I和Kpn I 2个限制性内切酶双酶切质粒pK-LcyBp及质粒pMD-RNAiS，分别回收质粒pK-LcyBp的大片段和质粒pMD-RNAiS酶切后的LcyB基因片段，连接构建成中间RNAi质粒pK-LcyBp-RNAiS；以Hind III和Cla I 2个限制性内切酶双酶切pK-LcyBp-RNAiS及pMD-RNAiAS这2个质粒，分别回收质粒pK-LcyBp-RNAiS的大片段和质粒pMD-RNAiAS酶切后的LcyB基因片段，连接构建成中间RNAi质粒pK-LcyBp-RNAi-LcyB.再利用Not I从质粒pK-LcyBp-RNAi-LcyB切下LcyBp::LcyB RNAi表达框插入植物双元表达载体pART27的Not I位点，最后构建成本研究的RNAi植物双元表达载体pART-LcyBp-RNAi-LcyB.2.1 Micro-Tom LcyB基因启动子序列克隆与生物信息学分析根据DNA数据库中报道的番茄基因组DNA序列信息设计一对引物，以Micro-Tom基因组DNA为模板进行PCR扩增，结果扩增出一条约1 500 bp的DNA片段(图1)，将此片段回收后克隆到载体pMD 19-T (Simple)上，通过PCR和酶切检测、筛选，获取含质粒pMD-LcyBp的阳性克隆. 挑阳性克隆送上海生工生物技术有限公司测序，测序结果表明PCR产物为1 551 bp的DNA序列. 对此序列进行BLASTn分析(/Blast.cgi)，结果表明其与GenBank DNA数据库中报道的番茄基因组DNA序列信息完全吻合，说明所克隆的DNA序列为Miro-Tom LcyB基因起始密码子ATG上游启动子区域序列(图2). 将克隆的LcyB基因启动子区域序列在国际植物顺式作用元件数据库PlantCARE[12]中进行生物信息学分析，搜寻该启动子序列中可能的响应发育信号和外界环境刺激的顺式作用元件(图2). 在该启动子序列-137～-132(LcyB基因起始密码子ATG上游)处有典型的TATA-box，核心序列为ATATAA[13]；-107～-104处有CAAT-box，核心序列为CAAT[14]；在-298～-289、-275～-266及-116～-107处有典型的响应昼夜节律的顺式作用元件Circadian，核心序列分别为CAAAAATATC、CAAACACATC及CAAAAGCATC[15]；-326～-320处有光响应元件Box I，保守序列为TTTCAAA[16]；在-783～-778及-315～-310处有真菌激发子(Elicitor)响应元件Box-W1，核心序列为TTGACC[17]；在-712～-707及-383～-378处有低温响应元件LTR，核心序列为CCGAAA[18]；另外，在该启动子序列中存在一些响应几种植物激素的顺式作用元件，如-1 352～-1 346及-920～-914处响应赤霉素的作用元件P-box，核心序列为CCTTTTG[19]；-327～-320处的乙烯响应元件ERE，核心序列为ATTTCAAA[20]；-995～-990响应生长素的作用元件TGA-element，核心序列为AACGAC[13](表1). 序列分析结果表明，所克隆的DNA序列为Micro-Tom LcyB基因起始密码子上游包含各种响应植株发育信号和外界环境刺激的顺式作用元件的启动子区域序列.2.2 LcyB启动子驱动的LcyB基因RNAi双元表达载体构建以限制性内切酶Mcr I和Xho I双酶切质粒pMD-LcyBp，回收LcyBp启动子片段克隆到质粒pKANNIBAL的Mcr I和Xho I位点，替换其中的CaMV 35S 启动子，构建成含番茄LcyB基因启动子的中间RNAi质粒pK-LcyBp. 对构建的载体pK-LcyBp进行PCR和双酶切检测,结果以LcyBp-F和LcyBp-R为引物可特异地扩增出1 551 bp的LcyBp片段，以Mcr I和Xho I 2个限制性内切酶双酶切质粒pK-LcyBp可切下相应大小的DNA片段(图3)，说明载体pK-LcyBp构建正确.以Micro-Tom基因组DNA为模板，分别以RNAi-S1和RNAi-S2以及RNAi-AS1和RNAi-AS2为引物，进行PCR扩增LcyB基因3’端276 bp的DNA片段. 按图4的流程构建LcyB启动子驱动的LcyB基因RNAi植物双元表达载体. 用限制性内切酶Xho I和Kpn I双酶切质粒pK-LcyBp，将LcyB基因片段用同样的酶从质粒pMD-RNAiS上切下，然后将2个片断用连接酶连接，构建成质粒pK-LcyBp-RNAiS. 用限制性内切酶Hind III和Cla I双酶切pK-LcyBp-RNAiS，并以同样的酶从质粒pMD-RNAiAS上切下LcyB基因片段，再回收2片段并连接，构建成中间RNAi质粒pK-LcyBp-RNAi-LcyB. 再利用Not I从质粒pK-LcyBp-RNAi-LcyB切下LcyBp::LcyB RNAi表达框插入载体pART27的Not I位点，最后构建成Micro-Tom LcyB启动子驱动的LcyB基因RNAi双元表达载体pART-LcyBp-RNAi-LcyB.对构建的载体pART-LcyBp-RNAi-LcyB进行PCR、酶切及测序检测，结果以LcyBp-F和LcyBp-R为引物可特异地扩增出1 551 bp的LcyBp片段；分别以Xho I/Kpn I和Hind III/Cla I双酶切质粒pART-LcyBp-RNAi-LcyB，均可切下276 bp的LcyB基因片段；以Not I单酶切质粒pART-LcyBp-RNAi-LcyB，得到与预期大小一致的2个片段(图5). 进一步对质粒pART-LcyBp-RNAi-LcyB所有经连接的接合处(Junction Area)进行测序，结果表明，构建质粒的接合处序列都与预期一致，构建过程中未发生碱基插入、缺失等造成的读码框变化. 说明已成功构建Micro-Tom LcyB启动子驱动的LcyB基因RNAi植物双元表达载体(图6).近年来伴随番茄红素重要生理功能的发现，利用基因工程技术改造番茄红素合成途径，提高农作物番茄红素含量的研究成为类胡萝卜素研究领域的新热点. 植物中转入番茄红素合成关键酶同源序列很强的基因非常容易发生基因静默(Gene silencing)，从而会降低番茄红素的含量.RNAi具有高度的特异性，只引起与dsRNA同源的mRNA的降解，在由21～23个核苷酸构成的siRNA(small interfering RNA)中只要改变1个核苷酸，就可以使该siRNA序列不对靶向mRNA起作用[21]. 已有大量研究[7-8, 21-24]证实RNAi可高效特异地抑制特定基因的表达，获得功能性丧失，从而成为研究基因功能的良好工具. 本实验从Micro-Tom中克隆了LcyB基因起始密码子上游1 534 bp的启动子区域序列，利用RNAi中间载体pKANNIBAL构建了“番茄LcyB启动子-LcyB基因正义片段(Sense)-PDK内含子-LcyB基因反义片段(Antisense)-OCS终止子”的结构，并将这一结构以Not I从质粒pK-LcyBp-RNAi-LcyB上切下，插入植物双元表达载体pART27的Not I位点，最后构建成本文的RNAi植物双元表达载体pART-LcyBp-RNAi-LcyB. 故可使将来转基因植物中经转录就形成了具有“LcyB基因正义片段-PDK内含子-LcyB基因反义片段”结构的mRNA，LcyB基因正、反义片段通过链内退火，形成dsRNA，激发RNAi机制，形成siRNA，能够与内源LcyB基因转录的mRNA发生特异性作用，使LcyB基因在转录后水平沉默(PTGS).许多报道的转基因实验中所用的启动子多为组成型启动子，如CaMV 35S，在它的调控下，外源基因在转基因植物中所有的发育阶段和所有的部位都能表达，对于需要组织特异性表达的基因来说，在该启动子调控下表达造成营养浪费而常导致植株生长不良，如上述Fray和Grierson将番茄八氢番茄红素合成酶基因在组成型启动子调控下转入番茄，结果幼果异常生长，植物矮化. 在基因工程研究中对于组织或器官特异性启动子的需求是很大的，也越来越受到研究人员的重视. 因此本研究是采用番茄LcyB基因本身的启动子调控LcyB基因RNAi片段的表达，将可更加特异地阻抑LcyB基因在番茄中的时空表达.【相关文献】[1] 谭新平, 王银娜, 刘昕. 番茄红素与癌 [J]. 天然产物研究与开发, 2001, 13(4): 71-75. 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Journal of South China Normal University (Natural Science Edition),2014, 46(3): 107-111.。

番茄中的“黄金”——番茄红素番茄果实最早是由国外引种到我国，对它的需求量国外要比国内大的多，各种番茄制品是国外人民餐桌上必不可少的美味佳肴。

近年，人们逐渐发现食用番茄可防止癌症，特别是前列腺癌、胃癌、皮肤癌、宫颈癌等，摄食大量番茄人群死于各类癌症的比例比一般人群要少50%左右。

而且多吃番茄可防止心血管疾病的发生，有研究还认为摄食番茄对消化道有一定的保护作用。

经过研究，番茄的这些功效都因为它含有一种脂溶性天然色素—番茄红素。

番茄红素分布于番茄、西瓜、南瓜、李、柿、胡椒果、桃、木瓜、芒果、番石榴、葡萄、葡萄柚、红莓、云莓、柑桔等果实和萝卜、胡萝卜、芜箐、甘蓝等的根部。

番茄和番茄制品中的番茄红素，是西方膳食中类胡萝卜素最主要的来源，也是人体血清中含量较高的。

人们从番茄中获得的番茄红素约占其总摄入量的80%以上。

传统西红柿中的番茄红素含量相当少，并且大量存在于西红柿籽周围的类脂物中，喝西红柿汁或吃新鲜西红柿通常意味着番茄红素只是通过人体而很少被吸收。

为了生产具有保健及治疗价值的番茄红素营养制剂，国内外许多大的保健品公司及制药公司，开发出含番茄红素的软胶囊，以利于补充人体中的番茄红素。

番茄红素广泛存在于人体的各种器官和组织中。

主要分布在人的血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、子宫、消化道等器官中，其中血液、肾上腺、肝脏、睾丸等含有较多的番茄红素。

番茄红素具有非常优越的生理功能。

其清除单线态氧的速率常数是目前常用抗氧化剂维生素E的100倍，是β—胡萝卜素的两倍之多。

番茄红素是抗氧化性最强的类胡萝卜素。

番茄红素能有效的预防前列腺癌，对子宫癌、肺癌细胞的抑制作用显著高于β—胡萝卜素、α—胡萝卜素。

而且，人体内番茄红素的含量与人的寿命相关。

番茄红素还具有抑制低密度脂肪蛋白的氧化和抗紫外线作用。

番茄红素是很有前途的一种功能性天然色素。

近年来，在世界番茄红素开发热中，我国科技界也开始重视和加强番茄红素的开发，但总体来说，国内对番茄红素的研究开发还刚刚起步，至今国内市场上番茄红素的生产应用尚属空白，乌鲁木齐优康来科技开发公司开发的天然番茄红素油树脂及天然番茄红素软胶囊已形成工业化生产，产品已经上市，填补了国内空白。

1 概述番茄红素是一种类胡萝卜素是异戊二烯化合物中四萜代表性物质，其生物合成是在多种酶催化作用下完成的，具有MEP和MVA两种合成途径[1]。

研究表明番茄红素抗氧化作用强，对增强人体免疫力、预防和治疗前列腺、心血管等疾病，防癌抗癌具有一定作用。

其功效已逐步被人们所熟知和认可，目前已经开发出一系列保健产品，具有广阔的市场前景。

2 番茄红素的生物合成途径番茄红素的生物合成由多种酶参与且过程复杂，由一系列不同阶段组成。

MEP途径主要存在于细菌和原绿球藻等原核生物中。

MVA途径是酵母菌、植物等真核生物合成萜类物质的主要途径。

前人已经对番茄红素的生物合成途径进行了大量研究。

番茄红素的生物合成途径见图1。

异戊烯焦磷酸（IPP）是番茄红素代谢途径的限速酶，在番茄红素的合成过程中起着调节前体物质平衡的重要作用。

大量研究表明通过增加IPP的代谢流可以提高番茄红素的产量。

另外，通过调节番茄红素代谢途径中的关键基因的拷贝数，抑制或阻断其他竞争代谢流来提高GGPP等前体的供应量同样可以使番茄红素的产量得到大幅度提高[2]。

在原核生物中，番茄红素合成的相关酶分别由crtE、crtB、crtI基因编码，将crtEBI导入本身不产番茄红素的底盘生物如大肠杆菌或酵母菌中，可使之产生番茄红素。

ᔲᠺ✟❖⼧䞨˄,33˅Ҽ⭢สщ✟ส❖⼧䞨˄'0$33˅,3,*36⢖⢋ݯส❖⼧䞨˄*33˅⌅઒ส❖⼧䞨˄)33˅**36 FUW()36⢖⢋ݯส⢖⢋ݯส❖⼧䞨˄**33˅36< FUW %ޛ≒⮚㤴㓒㍐˄SK\WRHQH ˅3'6ȗ 㜑㩍ঌ㍐˄FLV ȗ FDURWHQH ˅৏⮚㤴㓒㍐˄SURO\FRSHQH ˅⮚㤴㓒㍐˄DOO WUDQV O\FRSHQH ˅='6&57,62FUW ,图1 番茄红素的生物合成途径3 合成番茄红素底盘生物的选择和比较异源生物合成目标产物的量与代谢途径和底盘生物的选择密切相关。

黄酮类化合物生物学活性研究进展黄酮类化合物是一类天然产物，具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗肿瘤等。

近年来，随着人们对黄酮类化合物研究的深入，其潜在的生物学活性及作用机制逐渐被揭示。

本文将综述黄酮类化合物生物学活性的研究现状、常用研究方法及未来展望，以期为相关研究提供参考。

黄酮类化合物是一类广泛存在于植物、水果和蔬菜中的天然产物，主要分为黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇等几类。

这些化合物具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗菌等，被广泛应用于保健品、药品和化妆品等领域。

抗氧化活性：黄酮类化合物具有强大的抗氧化作用，可有效清除体内的自由基，减缓衰老过程。

研究还发现，黄酮类化合物对某些慢性病如癌症、心血管疾病等具有一定的预防作用。

抗炎活性：黄酮类化合物具有抗炎作用，可有效缓解炎症反应，减轻疼痛。

研究显示，黄酮类化合物可通过抑制炎症介质释放、抗氧化等途径发挥抗炎作用。

抗肿瘤活性：黄酮类化合物具有抗肿瘤作用，可抑制肿瘤细胞的生长和分化。

研究表明，黄酮类化合物可通过调节细胞周期、诱导细胞凋亡等方式发挥抗肿瘤作用。

其他生物活性：黄酮类化合物还具有抗菌、抗病毒、抗过敏等生物活性，可有效预防和治疗相关疾病。

然而，目前对黄酮类化合物生物学活性的研究还存在一些问题。

由于黄酮类化合物的化学结构多样，其生物学活性的发挥可能受到多种因素的影响，如物种、剂量、作用时间等。

因此，需要进一步深入研究不同因素对黄酮类化合物生物学活性的影响。

目前对黄酮类化合物的作用机制研究尚不透彻，需要加强对其作用机理的研究，以便为相关疾病的预防和治疗提供理论依据。

由于黄酮类化合物的提取和纯化过程较为复杂，目前的研究多集中于体外实验和动物模型，对人体的临床研究相对较少。

因此，未来需要在加强基础研究的同时，推动相关药物的开发和临床试验研究。

基因克隆技术：通过基因克隆技术，可以了解黄酮类化合物对相关基因表达的影响，进一步揭示其生物学活性的作用机制。

辽宁农业科学　2007(2):36～39 L iaoning Agricultural Sciences文章编号:1002-1728(2007)02-0036-04番茄红素的研究进展3穆　欣1,薛玉梅2,许　明2(1.辽宁省农业科学院蔬菜研究所,辽宁沈阳　1101611;　2.沈阳农业大学园艺学院,辽宁沈阳　110161)中图分类号:S641.2文献标识码:B 番茄红素(lycopene)是一种呈黄色到红色的类胡萝卜素(car otenoid),广泛存在于动、植物体中。

1875年M illardet从番茄中最早获得番茄红素的[1]粗提物,称之为Solanorbin,1903年Schunck[2]发现从番茄中提取的这种色素与从胡萝卜中提取的胡萝卜素具有不同的吸收光谱,并将其命名为Lycopene。

随后,人们开始对番茄红素的基本化学结构进行研究,1910年W illstatter和Escher 首先提出番茄红素是胡萝卜素的异构体,并确定其分子式为C40H56[3]。

1930年Karrer等提出,番茄红素的化学结构式为11个共轭及2个非共轭的碳-碳双键组成的非环状平面共轭多不饱和脂肪烃,并在1932年由Kuhn和Grund mann证实[4]。

过去由于番茄红素不象胡萝卜素那样具有维生素A 原的活性,而未被重视。

近20年来,国内外越来越多的研究和调查表明,番茄红素具有淬灭活性氧、消除人体自由基、预防心脏病、减缓动脉粥样硬化、预防多种癌症、保护心血管、抗老化、保护皮肤[5～8]等生理功能。

番茄红素是类胡萝卜素中最有效的单线态氧淬灭剂,它的淬灭能力是β2胡萝卜素(β2car otene)的2倍,是维生素E的100倍[6～9],因此,其抗氧化性是类胡萝卜素中最强的。

另外,番茄红素的防癌抗癌的效果也明显优于α2胡萝卜素和β2胡萝卜素。

据北卡州立大学研究,番茄红素是所有类胡萝卜素中最强的心脏保护剂[10]。

目前,番茄红素的研究已成为国际上功能性食品成分分析和抗癌防癌研究中的一个热点。

核农学报2023，37（1）：0008~0016Journal of Nuclear Agricultural Sciences 番茄SlPSY1基因转录调控因子筛选及互作验证李松文孟凡亮刘丽红简越李园园汪俏梅*（浙江大学园艺系/农业农村部园艺植物生长发育与品质控制重点开放实验室，浙江杭州310058）摘要：番茄八氢番茄红素合成酶（SlPSY1）作为类胡萝卜素生物合成途径的关键限速酶，直接影响果实中类胡萝卜素的积累。

为探究SlPSY1基因的转录调控机制，通过克隆SlPSY1基因启动子序列，构建pSlPSY1pro-AbAi诱饵载体，并将诱饵载体转化至酵母细胞中获得诱饵酵母菌株。

利用番茄混合组织酵母杂交cDNA文库进行酵母单杂交筛库试验，筛选得到AP2/ERF家族转录因子SlJERF1和10个未知功能蛋白。

后续克隆SlJERF1基因序列，构建pGADT7-SlJERF1重组载体，通过酵母单杂交点对点对SlJERF1进行分子验证，结果显示在金担子素（AbA）浓度为150ng·mL-1的条件下，对照组酵母不能正常生长，而试验组酵母能正常生长，表明SlJERF1与SlPSY1基因启动子存在互作。

这一结果为进一步拓展类胡萝卜素合成调控网络提供了重要的理论依据。

关键词：番茄；类胡萝卜素；酵母单杂交；SlPSY1；SlJERF1DOI：10.11869/j.issn.1000‑8551.2023.01.0008番茄（Solanum lycopersicum）是茄科番茄属一年生草本植物，起源于南美洲，具有悠久的栽培史，是我国乃至世界范围内种植最广泛的蔬菜之一。

番茄果实风味独特，营养丰富，富含多种生物活性物质，深受消费者的青睐［1］。

番茄因具有较小的基因组、较短的生长发育周期、其转基因技术已经成熟等优点，成为分子研究领域的模式植物。

2012年番茄全基因组序列得到解析，在很大程度上推动了以番茄为模式植物的分子生物学研究［1］。

PSY基因的功能及表达调控-植物学论文-生物学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：类胡萝卜素与植物的生长发育和光合作用密切相关，对作物品质贡献显着.八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase, PSY)是植物体内类胡萝卜素合成通路的端口酶和限速酶，其表达丰度和活性高低直接调控植物体内类胡萝卜素的含量.植物PSY基因的功能受到其自身遗传学、类胡萝卜素合成通路基因及代谢物、各种外界非生物环境等等各种因素的调控.充分认识PSY基因的功能特性和调控机制，并对其进行合理的设计改造可能是未来提高植物体内类胡萝卜素含量的重要途径.作者对不同植物中PSY基因的功能及调控机制的相关研究进展做以综述，以期为植物体内类胡萝卜素积累的遗传调控研究提供理论依据.关键词：八氢番茄红素合成酶; 类胡萝卜素; 调控; 合成;Abstract：Carotenoids are closely related to plant growth and photosynthesis, and contribute significantly to crop quality. Phytoenesynthase(PSY) is the port and rate-limiting enzyme in carotenoid biosynthesis pathway. Its expression levels and activity directly regulate the content of carotenoids in plants. The function of PSY was regulated by its own genetics, the genes in carotenoid synthetic pathway and their metabolites, and various external abiotic and environmental factors. Therefore, it is crucial to fully understand the functional characteristics and regulatory mechanism of PSY genes, and carry out reasonable design and modification, which may be an important way to improve carotenoid content in plants in future. The authors described the related research progress of PSY genes functions and regulation mechanisms in different plants, and provided a theoretical basis for the research on genetic regulation of carotenoid accumulation in plants.Keyword：phytoene synthase; carotenoid; regulation; synthesis;0、引言类胡萝卜素是植物体内一类重要的萜类物质，在植物的生命周期中发挥着重要作用.类胡萝卜素能够参与植物对外界刺激的应答反应，也与植物的光合作用以及光保护效应有关.其中，主要的功能有传递激发能到色素分子，保护光合系统组成成分如叶绿素，清除活性自由基的伤害，保护脂类，感受蓝紫光，也能够参与脱落酸的生物合成等[1,2,3,4,5].除了在植物中的生理作用外，类胡萝卜素对人类的营养和健康也至关重要，如-胡萝卜素和-胡萝卜素类是维生素A合成的前体；类胡萝卜素的抗氧化活性有助于减少一些疾病发生的风险，如癌症、心血管疾病和年龄相关性眼病[2,4,5,6].因此，研究植物体内的类胡萝卜素合成途径并调控其含量具有重要意义.八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase, PSY)是植物体内类胡萝卜素合成通路上游的端口酶和限速酶，该基因表达量变化能够调控植物体的类胡萝卜素含量、光合效率和抗逆能力[7].PSY基因在植物体内受到精细的遗传调控，本文简要综述了植物PSY基因功能的研究进展及其调控机理，这有助于揭示植物体内类胡萝卜素含量的调控机制，期望能够为植物体内类胡萝卜素积累的遗传调控提供新思路.1、PSY基因及其功能研究1.1 、不同植物中PSY基因数量PSY催化产生第一个四萜胡萝卜素类物质八氢番茄红素，该步反应处在整个四萜类物质合成的中间，是合成类胡萝卜素的限速位点和瓶颈[8,9,10].多数植物基因组都编码多个PSY基因，以保障类胡萝卜素体内合成的顺利进行.拟南芥(Arabidopsis thaliana)中仅有1个PSY基因，该基因在5端存在2个长度不同的剪切变异体，长的剪切变异体含有一个翻译抑制结构，短的剪切变异体缺失了这个结构，逆境条件下倾向于表达短的剪切变异体，进而调控自身的表达量[11].西红柿(Solanum lycopersicum)中SlPSY1和SlPSY2分别在不同的器官表达，SlPSY1仅在果实中表达，SlPSY2在所有组织中表达，在花瓣中表达量最高[12].苹果(Malus domestica)基因组也编码4个PSY基因，其中MdPSY2和MdPSY1在叶片和果实成熟过程中高度表达，与果实中类胡萝卜素含量的增加一致，可能受到乙烯响应因子(ethylene response factor, ERF)转录因子基因家族的转录调控[13].西葫芦(Cucurbita pepo)中有3个PSY基因，CpPSYA、CpPSYB和CpPSYC,CpPSYA在果实中表达量高，CpPSYB和CpPSYC在叶片中表达量高，说明其转录水平受到特异的调控[14].香瓜(Cucumis melo)中具有2个PSY基因，CmPSY1和CmPSY2,两者的器官表达模式各具特点[15].禾本科作物普遍含有3个PSY基因，如水稻(Oryza sativa)中有OsPSY1、OsPSY2和OsPSY3,其中OsPSY1、OsPSY2对光信号反应显着，OsPSY3则受ABA 导表达较为显着[16];玉米(Zea mays)中含有ZmPSY1、ZmPSY2和ZmPSY3共3个PSY基因，ZmPSY1与种子胚乳胡萝卜素含量密切相关，而ZmPSY2在叶片中可能发挥较为重要的作用[17];异源六倍体小麦(Triticum aestivum)中3个PSY基因分别为TaPSY1、TaPSY2和TaPSY3,每个基因还具有3个高度同源的亚基因组拷贝，即TaPSY1-7AL、TaPSY1-7BL、TaPSY1-7DL、TaPSY2-5AS、TaPSY2-5BS、TaPSY2-7DS、TaPSY3-5AL、TaPSY3-5BL和TaPSY3-5DL,各个基因的表达模式不同，TaPSY3表达量较高，但是TaPSY1已经被报道与小麦籽粒的颜色数量性状密切相关[18].1.2 、不同植物中PSY基因功能简介最新的研究结果显示[19],普通烟草(Nicotiana tabacum)中鉴定出3个PSY基因，与番茄中的PSY基因具有高度相似性，其中PSY1和PSY2在叶片中表现出最高的表达水平，PSY基因的沉默能够影响光合系统蛋白质复合体的稳定性.大肠杆菌(Escherichia coli )实验证明，辣椒(Capsicum annuum)中PSY1和辣椒红素合成酶(capsanthin-capsorubin synthase, CCS)基因沉默后，果实中仍积累了基础水平的类胡萝卜素，表明PSY2基因可能补充了PSY1的损失，从而导致黄色辣椒果实呈黄色[20].通过鉴定与硬粒小麦重组自交系群体中类胡萝卜素含量相关的QTL,以及对2个基因型小麦灌浆过程中PSY1基因表达的对比研究，发现PSY1在硬粒小麦发育过程中起主要作用，可以导致粗粒面粉变黄[21].近期的研究发现，PSY在植物修复石油污染的土壤中发挥重要作用，研究发现2种盐角草(Salicornia europaea)能将石油污染土壤中0.2%和2%的石油分别减少到初始数量的40%和60%.而且，0.2%石油胁迫后10 h, PSY的表达量比对照增加了2倍，类胡萝卜素含量比对照增加了2倍.进一步分析发现，盐角草PSY基因启动子中存在对ABA敏感的顺式作用元件，表明该基因在非生物胁迫中起关键作用[22].在藏红花(Crocus sativus)中，CsPSY2与番茄红素-环化酶(lgcopene -cyclase B2, LCY-B2)、-胡萝卜素羟化酶(-carotene hydroxylase)和类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenase2, CCD2)一起，可以产生聚集在藏红花柱头上的有色类胡萝卜素.编码上述4种酶的基因在藏红花发育过程中表达量协调地增加，从而导致类胡萝卜素途径的代谢通量被强烈激活[23,24,25].除CsPSY2外，在藏红花中还存在另外3个PSY基因，它们在类胡萝卜素内稳态方面具有特殊功能.CsPSY1a和CsPSY1b主要在光合组织中表达，但也参与胁迫反应，而CsPSY3则与甾体内酯的产生有关[26].苹果中发现了2个具有代表性的多态性MdPSY2变体，一个具有Tyr358Phe (MdPSY2_F),另一个在信号肽(MdPSY2_CG)中另外有6个氨基酸缺失的变体[27].PSY在茄子(Solanum melongena)果实和愈伤组织中表达较低，在茄子愈伤组织中异源表达细菌PSY基因，-胡萝卜素积累量比未转化的愈伤组织高出约150倍[28].在枇杷(Eriobotrya japonica)中采用病毒导的基因沉默技术(virus induced gene silencing, VIGS)干扰PSY基因的表达，则总类胡萝卜素含量下降，表明PSY基因调控枇杷果实中的类胡萝卜素积累[29].2 、PSY基因的表达调控2.1、PSY受到类胡萝卜素合成通路基因及其相关代谢物的调控类胡萝卜素通路基因表达量的改变可以使各类胡萝卜素产物的含量发生变化，从而对类胡萝卜素的合成通路产生反馈调控作用，PSY作为合成通路的第一个关键酶，其表达受到上下游基因和代谢物的反馈调控[7,8,9].八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)、-胡萝卜素脱氢酶(-carotene desaturase, ZDS)基因沉默后植株叶片致死，PSY基因表达受到抑制[30].类胡萝卜素异构酶(carotenoid isomerase, CRTISO)基因位于PSY基因的下游，拟南芥的突变导致植物体内积累了大量的番茄红素，分枝点下游的产物黄体素、-胡萝卜素、紫黄质、玉米黄质等物质含量都出现下降，植株变矮[31];西红柿CRTISO基因的突变可以造成果实中PSY基因的表达量提高，八氢番茄红素积累增加，胡萝卜素总量下降不显着[32];烟草中CRTISO基因的沉默却能够导PSY基因的表达并且胡萝卜素含量上升[33].西红柿中PSY基因受到下游cis-胡萝卜素(cis-lycopene, cis--carotene)等物质含量的调控，因此CRTISO基因及其上下游产物与PSY基因表达量密切相关[34].番茄红素环化酶(lycopene -cyclase, -LCY)基因的过量表达可以提高胡萝卜素的含量和植物的抗逆能力，植株激素脱落酸(abscisic acid, ABA)含量提高，PSY基因的表达量提高[35].烟草、甘薯(Ipomoea batatas)中的番茄红素环化酶(lycopene -cyclase, -LCY)基因沉默可以使体内-胡萝卜素、紫黄质、玉米黄质等物质的含量增加，黄体素含量略微下降，PSY基因表达量增高，ABA含量提高，植物抗逆能力增强[36,37].胡萝卜素羟基化酶(-carotene hydroxylase, -OHase)基因位于-LCY的下游，属于CYP97-P450单加氧酶家族，其突变造成植物体内黄体素、-胡萝卜素、紫黄质、玉米黄质等物质含量下降，-胡萝卜素含量上升[38].虽然反馈抑制的现象较多，但各个基因及其相关代谢物调控PSY基因的作用效果不同，具体的调控机理不清楚，ABA可能在其中发挥着比较重要的作用.2.2 、PSY基因的表达受光照影响植物类胡萝卜素的合成容易受到环境因子如光照的影响，类胡萝卜素是植物光合系统的组成成分，其合成的调控往往与光合系统的状态密切相关.PSY基因是光调控胡萝卜素通路的一个重要位点[7,8,9].白芥(Sinapis alba)体内光形态建成的过程可以导PSY基因的表达，但是在光敏色素phyA突变体中，PSY不再受到导表达[39].光敏色素作用因子PIF1可以结合AtPSY的启动子，在光照条件下PIF1可以快速降解使得AtPSY高表达启动胡萝卜素的合成[40].西红柿果实成熟的过程中，光敏色素通过SlPSY基因调控果实中胡萝卜素的积累[41].水稻中OsPSY1和OsPSY2基因特异地受光信号导而表达量提高[15].西葫芦中CpPSYB和CpPSYC基因在光合作用器官叶片中的表达量显着高于CpPSYA[13].最近的研究结果表明，光照通过调节类胡萝卜素和类黄酮合成通路中的基因表达，如PSY和查尔酮合酶基因CHS(chalcone synthase),对番茄和甜椒(Bell pepper)果实色素积累产生了积极影响[42].蓝光和红光也可以通过导调节植物光调控因子5(elongated hypocotyl 5, HY5)和PIF的光受体增加番茄中番茄红素的含量，从而激活PSY1基因的表达[43].通过植物激素和强光处理，普通烟草叶片中PSY1和PSY2基因表达水平得到一定的升高，但未检测到PSY3的表达，而PSY1和PSY2沉默后植物的光合系统活性显着降低[19].2.3 、PSY基因的表达受ABA、金属离子及温度等条件的导除了光照，PSY基因的表达还受到ABA、金属离子及温度等条件的导.花、果实中的类胡萝卜素生物合成主要受花和果实中发育因子的调控，如番茄果实成熟过程中，叶绿体转化为有色体，类胡萝卜素含量快速上升10多倍，主要是番茄红素含量增加数百倍的缘故，因此果实逐渐变红；期间，PSY基因的表达增加10～20倍，PDS基因的表达上调3倍，而催化番茄红素环化的基因-LCY和-LCY的表达却几乎检测不到[44,45,46].水稻中OsPSY3基因受到抗逆激素ABA的特异导表达，但是ABA信号如何传递到PSY基因机制不详[16].结缕草(Zoysia matrella)中ZmPSY基因可以被外源ABA 导，但也分别被茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)或处理所抑制[47].西红柿中，钾离子可以促进PSY基因和胡萝卜素合成通路中其他基因的表达而促进胡萝卜素的积累和果实成熟；锰离子则可以抑制相关基因的表达[48].常山胡柚(Citrus changshanensis)中PSY1基因在贮藏于25 ℃和20 ℃的果实中表达较低，而在贮藏于15 ℃和10 ℃的果实中表达较高，表达水平与总类胡萝卜素的量有很好的相关性[49].成熟绿色辣椒[50]在20 ℃和30 ℃下孵育会分别呈现橙红色和深红色，样品在30 ℃时显示出更高的类胡萝卜素积累，以及类胡萝卜素生物合成相关基因PSY, LCYb, CrtZ和CCS显着上调表达；在20 ℃,PSY基因表达被下调；而温育结束时，PSY基因表达上调5.5倍，CCS基因的表达减少.这些结果表明，PSY 等单个基因的表达是温度依赖性的，并且会影响特定的类胡萝卜素化合物的含量.2.4 、PSY基因转录后调控机制转录因子可以直接调控靶标基因的表达，激素和其他方式调控机制信号也都需要转录因子的作用才能传递到靶标基因.拟南芥中AtRAP2.2属于乙烯响应元件结合蛋白(ERF)转录因子家族，它可以结合PSY基因启动子，调控该基因的表达，造成植物体内类胡萝卜素含量的变化[51].PSY基因转录后调控也有相应的文献报道，如OR蛋白可以通过转录后调节PSY来调节类胡萝卜素的积累，促进类胡萝卜素-异戊二烯结构的形成，并防止类胡萝卜素的降解[52].OR蛋白是一个含有CxxCxGxG结构域的蛋白，该结构域富含半胱氨酸，类似于锌指蛋白结构，该蛋白可能属于DnaJ类的分子伴侣，介导其他蛋白的折叠、聚合和亚细胞定位.OR基因的突变，造成花椰菜(Brassica oleracea)中原生质体或其他无色质体分化为用于类胡萝卜素积累的色质体，胡萝卜素含量显着上升，表明OR蛋白参与调控胡萝卜素合成通路[53].近来的研究表明，拟南芥和甘薯体内OR和PSY蛋白可以互相作用，增强PSY蛋白酶活；逆境胁迫条件下，OR蛋白可以从细胞核内向质体积累，结合PSY产生更多的胡萝卜素以应对胁迫，是核质信号传递的一个重要例证[54,55].OR蛋白可促进PSY的活性和稳定性，一些OR 突变体也可以防止类胡萝卜素(尤其是-胡萝卜素)的分解[56].3 、结论与展望PSY基因不仅可以通过控制第一个生物合成步骤来调节类胡萝卜素的含量，而且还可以通过对下游基因的表达产生影响来调节类胡萝卜素的含量，从而影响光合活性.同时，PSY基因可能影响植物氨基酸分解代谢过程，这些信息可能有助于进一步研究PSY基因功能和类胡萝卜素的生物合成[19].综上所述，PSY是类胡萝卜素合成途径的首要限速酶，PSY也是控制碳源流向的关键酶基因，导PSY超表达可以显着提高植物体内类胡萝卜素含量.但是PSY基因在植物体内受到精细的调控，而PSY与哪些基因发生互作，怎样与其他基因共同协作来保障类胡萝卜素合成的顺利进行尚不明确.各类因素的调控要着落在具体的遗传学机制上，即转录和转录后调控，因此寻找新的能够调控PSY的转录因子或者互作蛋白并解析其调控机制，是揭示植物体内类胡萝卜素含量遗传调控新机制的重要途径.同时，作为端口酶，如何结合合成生物学的研究对PSY进行合理的酶活性设计改造也是未来提高植物体内类胡萝卜素含量的重要途径.参考文献[1] NISAR N,LI L,LU S,et al.Carotenoid metabolism in plants[J].Mol Plant,2015,8(1):68-82.[2] RODRIGUEZ-CONCEPCION M,AVALOS J,BONET L M,et al.A global perspective on carotenoids:Metabolism,biotechnology,and benefits for nutrition and health[J].Prog Lipid Res,2018,70(4):62-93.[3] FEDER A,CHAYUT N,GUR A,et al.The role of carotenogenic metabolic flux in carotenoid accumulation and chromoplast differentiation:Lessons from the melon fruit[J].Front Plant Sci,2019,10(33):1250.1-1250.7.[4] SUN T,LI L.Toward the golden era:The status in uncovering the regulatory control of 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第42卷 第4期2023年7月华中农业大学学报Journal of Huazhong Agricultural UniversityVol.42 No.4July 2023，244~253生物技术合成番茄红素的研究进展石彬1，邓小敏21.武汉软件工程职业学院（武汉开放大学），武汉 430205；2.中国热带农业科学院橡胶研究所/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/海南省热带作物栽培生理学重点实验室，海口 571101摘要 番茄红素作为一种高价值类胡萝卜素，具有抗氧化、清除人体自由基、预防心脑血管疾病等生理功能，被广泛应用于食品、药品等领域。

目前番茄红素主要来源于天然番茄提取，产能不足导致其市场应用受限。

而以合成生物学为代表的生物技术为番茄红素的工业生产带来了曙光。

本文基于国内外相关文献资料总结了番茄红素的理化性质、生理功能和生产方法，重点分析了当前利用生物技术生产番茄红素的代谢工程改造策略、发酵和提取方法的最新研究进展，并对目前番茄红素的合成生物学研究现状进行系统梳理，最后对未来生物技术生产番茄红素的研究方向及存在问题提出展望，旨在为番茄红素的生物合成技术研究提供参考。

关键词 番茄红素； 类胡萝卜素； 合成生物学； 解脂耶氏酵母； 三孢布拉霉菌； 代谢工程； 发酵优化中图分类号 TS202.3 ； Q819 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2023）04-0244-10番茄红素是一种重要的类胡萝卜素，属于萜类家族中的四萜化合物，在自然界中主要存在于番茄及西瓜、葡萄柚等水果中，是成熟番茄中的主要色素。

番茄红素作为一种强抗氧化剂，具有抗氧化、抗癌、降血脂等生理学功能，被广泛应用于保健食品、医药、化妆品等领域［1-2］。

目前番茄红素已被许多国家列为营养增补剂和着色剂而广泛使用［3］。

番茄红素原料全球累计销售额近20亿美元（https ：///Report/16581/lycopene -market.ht‐ml ），并且在逐年增高，市场前景广阔。

番茄红素代谢及分子调控机理汇报人：日期:•番茄红素概述•番茄红素代谢过程•番茄红素合成关键酶及调控目录•番茄红素合成途径中的基因调控•番茄红素代谢研究展望01番茄红素概述03番茄红素在自然界中广泛存在，主要来源于番茄、西瓜、胡萝卜等果蔬中。

01番茄红素是一种脂溶性色素，属于胡萝卜素类化合物。

02它具有多个共轭双键，是一种强氧化剂，具有抗氧化、抗炎、抗癌等生物活性。

定义与性质番茄红素的生物合成主要分为三个阶段：前体物质的合成、类胡萝卜素的合成、以及番茄红素的合成。

类胡萝卜素的合成阶段主要是指前体物质经过一系列的反应，合成胡萝卜素、叶黄素等类胡萝卜素的过程。

番茄红素的生物合成途径前体物质的合成阶段主要是指乙酰CoA、丙酮酸、琥珀酰CoA等物质的合成过程。

番茄红素的合成阶段主要是指在番茄红素环化酶的催化下，将类胡萝卜素环化成番茄红素的过程。

番茄红素的作用和价值抗氧化作用番茄红素具有清除自由基、抗氧化等作用，能够保护细胞免受氧化损伤，预防心血管疾病、癌症等慢性病的发生。

抗炎作用番茄红素具有抗炎作用，能够减轻炎症反应，对于治疗炎症性疾病有一定的疗效。

抗癌作用研究表明，番茄红素能够抑制肿瘤细胞的生长和扩散，对于预防和治疗癌症具有一定的作用。

预防慢性病番茄红素能够降低血脂和胆固醇，对于预防心血管疾病具有一定的作用。

此外，还能够增强免疫力，预防感冒等慢性疾病的发生。

02番茄红素代谢过程番茄红素是在植物的叶绿体中合成的，它的合成起始于叶绿素分子中的卟啉环，这个过程需要镁离子和谷氨酰胺的参与。

合成起始在合成过程中，首先会形成一种名为PPHB的化合物，它经过一系列的反应，最终会生成番茄红素。

合成中间步骤当番茄红素合成完成后，它会被包裹在一个叫做类囊体的结构中，以保护它免受破坏。

合成终止番茄红素在植物体内并不是稳定存在的，它会通过一系列的酶促反应被分解为其他化合物。

这些分解产物有的会被排出体外，有的则会被用于合成其他化合物。

番茄果实颜色相关基因的研究进展金凤媚;薛俊;郏艳红;刘仲齐【摘要】就影响番茄果实颜色的基因进行了综述,重点探讨了番茄果实颜色的形成、相关基因的功能以及分子标记的研究和转基因研究.【期刊名称】《天津农业科学》【年(卷),期】2006(012)004【总页数】4页(P3-6)【关键词】番茄;果实颜色;基因【作者】金凤媚;薛俊;郏艳红;刘仲齐【作者单位】天津市农业生物技术研究中心,天津,300192;天津市农业生物技术研究中心,天津,300192;天津市农业生物技术研究中心,天津,300192;天津市农业生物技术研究中心,天津,300192【正文语种】中文【中图分类】S6番茄（Lycopersicon l），又名西红柿，是世界上重要的农作物之一，其独特的风味、丰富的营养，特别是番茄红素特有的医用价值吸引着越来越多的消费者[1]，番茄的需求量和种植面积呈逐年上升趋势。

在番茄的育种改良中，番茄果实的颜色是一个重要的品质性状。

果实颜色深和色素含量高的品种深受生产者和消费者的欢迎。

番茄红素是构成番茄果实的主要色素，医学研究表明，它具有极好的抗氧化功能，可抑制前列腺癌、消化道疾病和心血管疾病等的发生，另外，番茄红素还具有美容的功效[2]，逐渐成为国际功能性食品研究的热点。

所以，发掘、利用和控制番茄果实颜色的基因，培育出番茄果实颜色深、色素含量高的番茄品种成为育种机构改良番茄品质性状的主要内容和重要的研究方向。

1.1 番茄果实颜色的形成番茄的果实颜色决定于果皮和果肉颜色。

果皮颜色分为黄色和透明两种，由一对等位基因控制，黄色果肉基因Y相对于透明果皮基因y为显性。

果肉颜色主要分为红、黄、橙三种，分别由R-r和T-t 2对等位基因控制，其中R基因导致红色果肉表型的产生，基因r则产生黄色果肉，基因T决定非橙黄色果肉，t基因产生橙黄色果肉。

黄色果肉基因tt对红色果肉基因R起隐性上位作用，基因y，r，t分别定位在第1，3，10染色体上[3]。