桃果实中两个类胡萝卜素合成关键酶PSY和GGPS相互作用的分子调控机制
批准号:
32072549
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
曹洪波
依托单位:
学科分类:
果树生长发育
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹洪波
中文摘要
类胡萝卜素合成可以影响桃果实的营养价值、着色和风味。八氢番茄红素合成酶PSY是催化形成第一个类胡萝卜素分子的关键限速酶;PSY为了竞争底物GGPP,必需同GGPP合成酶GGPS建立蛋白互作。然而,PSY-GGPS互作形成的分子机制不明。项目前期,申请人基于桃果实特异性PSY和GGPS基因筛选、蛋白互作docking、酵母双杂和基因功能分析,发现桃果实PSY蛋白中一个氨基酸残基可以影响PSY-GGPS的蛋白互作强度和功能。此外,据报道,招募蛋白可以辅助GGPS参与蛋白互作和蛋白复合体形成。基于以上研究,该项目拟利用工程菌系统、蛋白互作、有色体分离及PSY-GGPS相关蛋白复合体鉴定,以及转基因功能验证等手段,挖掘桃果实中参与PSY-GGPS互作的关键氨基酸残基以及辅助性蛋白,以期揭示PSY-GGPS互作形成的分子调控机制及其对桃果实类胡萝卜素合成的影响,为桃果实品质提升技术研发提供理论依据。
英文摘要
Carotenoid biosynthesis can provide nutritional value, color, and flavor for peach fruits. Phytoene synthase (PSY) is a rate-limiting enzyme for producing the first carotenoid molecule. PSY needs to achieve the interaction with GGPP synthase (GGPS) for capturing substrate GGPP. However, the molecular regulation of PSY-GGPS interaction is still unclear. In our previous study, through searching fruit-specific PSY and GGPS genes, protein-protein docking, yeast two hybrid, and gene function analysis, one amino acid residue in the fruit-specific PSY was found to be crucial for both PSY-GGPS interaction and its function. In addition, it is reported that the recruiting protein can assist GGPS to form both protein interaction and protein complex. In the present proposal, through various research techniques including the engineered bacterial system, protein interaction, chromoplast purification and protein complex analysis, functional identification of transgenes and so on, we intend to search the crucial amino acid residues and accessory proteins, both of which construct the PSY-GGPS interaction. Implementation of the present proposal is expected to reveal the molecular regulation of PSY-GGPS interaction and its function in regulating carotenoid biosynthesis in peach fruits, which can provide theoretical basis for quality improvement of peach fruits.
桃果实的成熟阶段伴随着活跃的类胡萝卜素合成。对于黄肉桃而言,类胡萝卜素合成造就了其金黄的果肉颜色,提升了其果实的营养价值和外观品质;对于白肉桃而言,类胡萝卜素合成为其降异戊二烯类香气物质的形成提供了重要前体。因此,类胡萝卜素合成是影响桃果实营养价值、外观品质以及风味的关键因素。八氢番茄红素合成酶PSY是催化形成第一个类胡萝卜素分子的关键限速酶;PSY为了竞争底物牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸(GGPP),必需同GGPP合成酶GGPPS 通过蛋白互作构建“底物通道”复合体,以便于前体物质GGPP合成后可以直接流向类胡萝卜素合成途径。因此,PSY-GGPPS蛋白复合体是决定类胡萝卜素合成能力的关键。然而,PSY-GGPPS互作及其蛋白复合体形成的分子机制尚不明确。. 基于此,本研究分别从“决定PSY和GGPPS蛋白相互作用的核心氨基酸”这一内在因素和“辅助PSY-GGPPS蛋白复合体形成”这一外在因子两个方面开展研究。首先,本项目利用独立创制的桃愈伤组织在国际上首次建立了桃愈伤组织稳定遗传转化体系,在突破桃遗传转化这一“卡脖子”问题方面迈出了重要一步,并为该项目后续研究的顺利实施搭建了关键技术平台;目前,该愈伤体系已赠与全国10余家科研团队开展研究工作。本项目进一步揭示了桃PSY基因的组织特异性表达与功能分化特征,即PpPSY1为桃果实特异性表达基因,PpPSY2为绿色组织特异性表达基因,两者间存在显著的功能活性差异;通过工程菌系统和蛋白互作证实PpPSY1和PpPSY2的功能活性差异与两者同GGPPS的相互作用强度有关,并进一步发掘到导致PpPSY1和PpPSY2的功能活性差异的多个氨基酸位点,以及一个在植物PSY蛋白中高度保守的芳香族残基对PSY-GGPPS蛋白互作强度有极大的影响。在发掘PSY-GGPPS蛋白互作辅助因子方面,本项目与美国康奈尔大学合作,创新性采用工程菌系统开展PSY-GGPPS复合体互作蛋白发掘,发现一个参与PSY-GGPPS蛋白复合体组装的新型调控因子Nudix23。以上研究揭示了PSY-GGPPS互作形成及其参与桃果实类胡萝卜素合成的分子调控机制,为桃果实品质提升以及植物类胡萝卜素工程强化技术研发提供了重要理论依据。
基于PSY-NCED模块的桃果实ABA合成与水分保持机制解析
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批准号:32572945
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:曹洪波
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依托单位:
利用苹果转基因愈伤组织研究类胡萝卜素积累影响花青苷合成的机理
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批准号:31401841
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2014
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负责人:曹洪波
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依托单位:
国内基金
海外基金