高级醇 · 代谢工程文献库

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Suppression of the phytoene synthase gene (EgcrB) alters carotenoid content and intracellular structure of Euglena gracilis

作者
Shota Kato, Mika Soshino, Shinichi Takaichi, Takahiro Ishikawa, Noriko Nagata, Masashi Asahina, Tomoko Shinomura
单位
Department of Biosciences, School of Science and Engineering, Teikyo University; Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory, Graduate School of Science and Engineering, Teikyo University; Department of Molecular Microbiology, Faculty of Life Sciences, Tokyo University of Agriculture; Department of Life Science and Biotechnology, Faculty of Life and Environmental Science, Shimane University; Faculty of Science, Japan Women's University; Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory, Department of Biosciences, School of Science and Engineering, Teikyo University
杂志
BMC Plant Biology（2017）
DOI
10.1186/s12870-017-1066-7
所属领域
代谢工程
关键词
CarotenoidDouble-stranded RNAEuglena gracilisHPLCLight-induced stressPhytoene synthaseRNA interferenceThylakoidTransmission electron microscopycrtB
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解决的核心问题

光胁迫下 Euglena gracilis 中类胡萝卜素合成的响应机制，以及八氢番茄红素合成酶基因 EgcrB 在类胡萝卜素合成和光保护中的作用

研究策略

在不同光照强度下培养 E. gracilis，分析类胡萝卜素和叶绿素含量及细胞超微结构变化；利用 RNAi 瞬时沉默 EgcrB，通过 HPLC 和 TEM 评估对细胞生长、色素含量和细胞结构的影响

研究路线图

100%
研究问题：光胁迫下EgcrB调控类胡萝卜素合成及光保护机制
策略1：不同光照强度培养E. gracilis，测定色素含量与超微结构
策略2：RNAi瞬时沉默EgcrB基因
关键改造：HPLC检测色素组成与含量变化
关键改造：TEM观察细胞超微结构（类囊体、脂质球）
结果：光胁迫下类胡萝卜素↑25%，叶绿素下降55-58%，Dtx/Ddx比值升高
结果：EgcrB沉默致细胞浓度、叶绿素、类胡萝卜素↓82-86%，Dtx/Ddx↑1.6倍
结论：EgcrB抑制降低类胡萝卜素与叶绿素，改变超微结构，Dtx在长期光胁迫适应中起关键光保护作用
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核心内容

该研究以裸藻（Euglena gracilis）为对象，探索强光胁迫下类胡萝卜素合成途径的响应机制，并利用RNAi瞬时沉默八氢番茄红素合成酶基因EgcrB，以评估其在光保护中的作用。在920 μmol m⁻² s⁻¹光强下培养7天后，β-胡萝卜素、多甲藻素（Ddx）和多甲藻黄素（Dtx）含量分别增加2.6、1.2和2.1倍，总类胡萝卜素增加25%，而叶绿素a和b分别下降58%和55%，细胞浓度下降75%，类囊体膜减少约一半，脂质球增多，Dtx/Ddx比值从0.05升至0.09。RNAi沉默EgcrB后，细胞浓度、叶绿素和总主要类胡萝卜素分别下降82%、82%和86%，β-胡萝卜素、新黄质、Ddx和Dtx含量分别仅为非电穿孔细胞的12%、19%、13%和21%，Dtx/Ddx比值升至0.10。结果说明EgcrB是类胡萝卜素合成和光保护的关键限速节点，抑制该基因使细胞对光胁迫更敏感，Dtx/Ddx比值升高可作为胁迫响应的标志，Dtx在长期适应强光中承担重要保护功能。

创新点

首次在 Euglena gracilis 中采用 RNAi 瞬时抑制八氢番茄红素合成酶基因 EgcrB，揭示类胡萝卜素合成受阻导致细胞对光胁迫敏感性增加，并证明 Dtx/Ddx 比值升高是光胁迫响应的标志

研究对象（1）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Euglena gracilis 类胡萝卜素生物合成途径 EgcrB (crtB) Phytoene synthase (CrtB/PSY) 催化 催化类胡萝卜素合成第一步，即八氢番茄红素合成；光胁迫下表达上调，RNAi抑制导致类胡萝卜素和叶绿素含量显著下降

关键发现

  1. 在 920 μmol m−2 s−1 光强下培养 7 天，β-胡萝卜素、Ddx、Dtx 含量分别增加
  2. 6、1.2、2.1 倍，总类胡萝卜素增加 25%；叶绿素 a 和 b 分别下降 58% 和 55%，细胞浓度下降 75%，细胞鲜重增至 2 倍；类囊体膜数量减少约一半，脂质球数量和大小增加；Ddx+Dtx 池增加
  3. 2 倍，Dtx/Ddx 从
  4. 05 升至
  5. 09。RNAi 抑制 EgcrB 后，细胞浓度、叶绿素和总主要类胡萝卜素分别下降 82%、82% 和 86%；叶绿素 a、b 含量分别降至非电穿孔细胞的 17% 和 20%；β-胡萝卜素、新黄质、Ddx、Dtx 含量分别为非电穿孔细胞的 12%、19%、13% 和 21%；Dtx/Ddx 从
  6. 06 升至
  7. 10（约
  8. 6 倍）

研究结论

抑制 EgcrB 导致 Euglena gracilis 类胡萝卜素和叶绿素含量显著降低，并伴随细胞超微结构改变，表明 Dtx 在藻类长期适应光胁迫过程中发挥重要的光保护作用