The zeaxanthin biosynthesis enzyme β-carotene hydroxylase is involved in myxoxanthophyll synthesis in Synechocystis sp. PCC 6803
- 作者
- Delphine Lagarde, Wim Vermaas
- 单位
- Department of Plant Biology and Center for the Study of Early Events in Photosynthesis, Arizona State University; Thallia Pharmaceuticals S.A.
- 杂志
- FEBS Letters（1999）
- DOI
- 10.1016/S0014-5793(99)00817-0
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明β-胡萝卜素羟化酶（crtR基因编码）是否参与Synechocystis sp. PCC 6803中myxoxanthophyll的生物合成
研究策略
通过基因敲除失活crtR基因，比较野生型与ΔcrtR突变体的类胡萝卜素组成，利用HPLC和MALDI-TOF质谱鉴定新出现的类胡萝卜素化合物
核心内容
本研究通过基因敲除策略，在集胞藻Synechocystis sp. PCC 6803中失活了编码β-胡萝卜素羟化酶的crtR基因，并利用HPLC与MALDI-TOF质谱比较了野生型和ΔcrtR突变体的类胡萝卜素组成。结果显示，crtR缺失导致玉米黄质和桃金娘黄质（myxoxanthophyll）均完全消失，同时积累了一种新的类胡萝卜素化合物X，其分子量为742，比野生型桃金娘黄质的758少16个质量单位，表明该化合物缺少一个氧原子，被鉴定为脱氧桃金娘黄质，推测为桃金娘黄质生物合成中的中间体。此外，野生型桃金娘黄质分子量为758，比从颤藻中分离的同类化合物大28个质量单位，提示该菌株的糖基部分具有物种特异性。在50至200 μmol photons m⁻² s⁻¹光照下，突变体与野生型的倍增时间均约为13小时，生长速率无显著差异。这些结果首次证明β-胡萝卜素羟化酶同时参与玉米黄质和桃金娘黄质的合成，负责催化β-环上的羟基化步骤，为类胡萝卜素分支途径的酶功能解析提供了关键证据。
创新点
首次发现β-胡萝卜素羟化酶同时参与zeaxanthin和myxoxanthophyll合成；鉴定出脱氧myxoxanthophyll作为myxoxanthophyll生物合成的中间体；发现Synechocystis sp. PCC 6803的myxoxanthophyll分子量高于其他物种，糖基部分存在差异
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Synechocystis sp. PCC 6803 | 类胡萝卜素生物合成 | crtR (sll1468) | β-胡萝卜素羟化酶 | 催化 | 参与β-胡萝卜素β环的羟基化，同时作用于zeaxanthin和myxoxanthophyll合成 |
关键发现
- 敲除crtR导致zeaxanthin和myxoxanthophyll均缺失，同时出现新的类胡萝卜素X
- 新化合物分子量为742，比野生型myxoxanthophyll的758小16个质量单位，表明其缺少一个氧原子
- 野生型myxoxanthophyll分子量为758，比从Oscillatoria rubrescens中分离的myxoxanthophyll（预计730）大28个质量单位
- 突变体中β-胡萝卜素和echinenone含量与野生型相似
- 在50、100和200 μmol photons m⁻² s⁻¹光照下，野生型和ΔcrtR菌株的倍增时间均约为13小时，光合自养生长速率无显著差异
研究结论
在Synechocystis sp. PCC 6803中，β-胡萝卜素羟化酶不仅参与zeaxanthin的合成，也参与myxoxanthophyll的合成；myxoxanthophyll生物合成途径中需要该酶催化β-环上的羟基化步骤，新发现的脱氧myxoxanthophyll可能是其生物合成中间体。此外，该菌株的myxoxanthophyll糖基部分不同于其他物种