Identification and Subcellular Localization of Two Solanesyl Diphosphate Syntheses from Arabidopsis thaliana
- 作者
- Luo Jun, Ryoichi Saiki, Kei Tatsumi, Tsuyoshi Nakagawa, Makoto Kawamukai
- 单位
- Department of Applied Bioscience and Biotechnology, Faculty of Life and Environmental Science, Shimane University; Center for Integrated Research in Science, Shimane University
- 杂志
- Plant and Cell Physiology（2005）
- DOI
- 10.1093/pcp/pch211
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
鉴定拟南芥中负责质体醌和泛醌异戊二烯侧链合成的茄尼醇二磷酸合成酶（SPS1和SPS2），并确定其亚细胞定位。
研究策略
通过异源表达于裂殖酵母dps1/dlp1突变株和大肠杆菌中验证SPS1和SPS2的功能，并利用GFP融合蛋白在烟草BY-2细胞中观察其亚细胞定位。
核心内容
该研究从拟南芥中鉴定出两个茄尼醇二磷酸合成酶基因SPS1和SPS2，两者氨基酸序列一致性达79%，与已知异戊烯基二磷酸合酶有45%-50%的相似性。通过将这两个基因异源表达于裂殖酵母dps1/dlp1双缺失突变株中，证实单独表达SPS1或SPS2均能恢复突变株在无半胱氨酸培养基上的生长，并合成长链泛醌UQ-9，而在大肠杆菌DH5α中表达则可产生少量UQ-9，而对照仅含UQ-8。利用GFP融合蛋白在烟草BY-2细胞中的定位观察发现，SPS1（约31kDa）定位于内质网而非此前推测的线粒体，SPS2（约73kDa）则定位于质体。研究首次证实SPS2为茄尼醇二磷酸合成酶，并揭示SPS1和SPS2分别在内质网和质体中独立行使功能，推测前者参与泛醌侧链合成、后者参与质体醌侧链合成。该发现提示泛醌侧链可能在内质网合成后再转运至线粒体，为植物泛醌与质体醌生物合成的亚细胞区室化机制提供了关键实验证据。
创新点
首次证实SPS2为茄尼醇二磷酸合成酶；发现SPS1定位于内质网而非线粒体，提示泛醌侧链可能在内质网合成并转运至线粒体。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli DH5α | 泛醌生物合成 | SPS1 (At1g78510) | SPS1 | 催化 | 异源表达产生UQ-9 |
| Escherichia coli DH5α | 泛醌生物合成 | SPS2 (At1g17050) | SPS2 | 催化 | 异源表达产生UQ-9 |
| Schizosaccharomyces pombe (dps1/dlp1缺失株) | 泛醌生物合成 | SPS1 (At1g78510) | SPS1 | 催化 | 与线粒体靶向序列融合后恢复生长并合成UQ-9 |
| Schizosaccharomyces pombe (dps1/dlp1缺失株) | 泛醌生物合成 | SPS2 (At1g17050) | SPS2 | 催化 | 与线粒体靶向序列融合后恢复生长并合成UQ-9 |
| 烟草BY-2细胞 | 泛醌/质体醌代谢 | SPS1 (At1g78510) | SPS1(TP)-GFP | 催化 | SPS1定位在内质网 |
| 烟草BY-2细胞 | 泛醌/质体醌代谢 | SPS2 (At1g17050) | SPS2-GFP | 催化 | SPS2定位在质体 |
关键发现
- SPS1和SPS2氨基酸序列一致性达79%
- 两者与已知异戊烯基二磷酸合酶有45%-50%相似性。在裂殖酵母Δdps1和Δdlp1突变株中分别表达SPS1或SPS2均可恢复其在无半胱氨酸培养基上的生长，并合成UQ-9
- 在E. coli DH5α中表达SPS1或SPS2可产生少量UQ-9（对照仅UQ-8）。SPS1-GFP（约31kDa）定位于烟草BY-2细胞内质网，SPS2-GFP（约73kDa）定位于质体。
研究结论
SPS1和SPS2是拟南芥中两个可独立发挥功能的茄尼醇二磷酸合成酶，分别定位于内质网和质体，推测分别参与泛醌和质体醌的侧链合成。