Genetic Manipulation of Alcohol Dehydrogenase Levels in Ripening Tomato Fruit Affects the Balance of Some Flavor Aldehydes and Alcohols
- 作者
- Jim Speirs, Elizabeth Lee, Karen Holt, Kim Yong-Duk, Nigel Steele Scott, Brian Lovesy, Wolfgang Schuch
- 单位
- Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Plant Industry, Horticulture Unit, P.O. Box 350, Glen Osmond, South Australia 5064, Australia; Zeneca Plant Science, Jealott's Hill Research Station, Bracknell, Berkshire RG12 6EY, United Kingdom; Division of Crops and Horticulture, Cheda RDA, 313-80, Youn-Dong, Cheju-si, South Korea 690-170
- 杂志
- Plant Physiology（1998）
- DOI
- 10.1104/pp.117.3.1047
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
验证番茄乙醇脱氢酶2（ADH2）在成熟果实中催化风味醛与醇相互转化的直接证据，并探究其活性改变对果实风味的影响
研究策略
构建番茄Adh2 cDNA正义表达载体，分别由组成型CaMV 35S启动子和果实特异型多聚半乳糖醛酸酶（PG）启动子驱动，通过农杆菌介导转化番茄，获得ADH活性增强或共抑制的转基因植株，结合GC-MS挥发物分析和感官评定，系统分析ADH活性对C6醛醇平衡及风味的影响
核心内容
该研究通过转基因操作直接验证番茄乙醇脱氢酶2（ADH2）在成熟果实中催化C6风味醛与醇相互转化的功能。作者构建了由CaMV 35S组成型启动子和果实特异型PG启动子驱动的Adh2正义表达载体，经农杆菌介导转化番茄，获得ADH活性增强或共抑制的转基因植株，并利用GC-MS和感官评定分析活性变化对风味的影响。结果显示，组成型表达株系中ADH活性最高达对照约2倍，约40%植株活性完全被抑制；PG启动子驱动的果实中，ADH活性在Br+2阶段达对照6-7倍，高ADH果实中己醇和Z-3-己烯醇水平显著升高，而低ADH果实中这两种醇几乎检测不到，醛醇比极高。感官评定中，高ADH果实的成熟风味评分（14）显著低于对照（28），11位评审中10位认为其成熟风味更浓。该研究首次建立了ADH活性与风味醛醇平衡及感官品质间的因果联系，表明提高ADH活性可增强番茄成熟风味，为风味改良提供了新靶点。
创新点
首次通过转基因操作直接证明番茄ADH2在成熟果实中介导己醛/己醇和Z-3-己烯醛/Z-3-己烯醇的相互转化；建立了ADH活性与风味醛醇平衡及感官风味之间的因果关系；发现共抑制现象可用于低ADH表型构建
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄（Lycopersicon esculentum Mill. cv AC） | 脂肪酸衍生C6挥发物代谢（脂氧合酶途径） | Adh2 | ADH2（乙醇脱氢酶2） | 催化 | 催化己醛→己醇、Z-3-己烯醛→Z-3-己烯醇的还原反应 |
| 番茄（Lycopersicon esculentum Mill. cv AC） | 果实成熟特异表达调控 | Adh2（由PG启动子驱动） | ADH2 | 催化 | 利用果实特异型PG启动子实现成熟期特异增强表达 |
| 番茄（Lycopersicon esculentum Mill. cv AC） | 组成型表达调控 | Adh2（由CaMV 35S启动子驱动） | ADH2 | 催化 | 组成型表达导致部分转基因植株发生共抑制，ADH活性几乎消失 |
关键发现
- 组成型表达Adh2的T0植株中，ADH活性最高达对照的约2倍（如C20为0.76±0.15 units mg-1 vs 对照0.38±0.15），约40%植株ADH活性完全被抑制
- 果实特异表达PG启动子植株在Br+2阶段ADH活性达对照的6-7倍，Br+7阶段为2-3倍
- 高ADH果实C20中己醇和Z-3-己烯醇水平显著升高，低ADH果实C23中这两种醇几乎检测不到（醛醇比极高，如hexanal/ol为∞，Z-3+E-2/Z-3为404±44）
- C13果实ADH活性为对照约3.3倍（1.26 vs 0.38 units mg-1）但己醇未显著增加
- T1代共抑制植株ADH活性低至0.002-0.003 units mg-1，醛醇比极高
- 口味试验中C20果实成熟风味评分14 vs 对照28（P=0.002），11位评审中有10位认为C20成熟风味更浓
研究结论
番茄ADH2在成熟果实中催化C6醛（己醛、Z-3-己烯醛）还原为相应醇（己醇、Z-3-己烯醇），其活性水平调节风味醛醇平衡，并显著影响果实成熟风味；提高ADH活性可增强成熟风味，为番茄风味改良提供了新靶点