荔枝果皮花色素苷降解酶的纯化及其基因克隆与表达的研究

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果皮褐变是限制荔枝(Litchi chinensis Sonn)长期贮运、导致荔枝货架寿命短及降低荔枝果实商品价值的主要因素,国内外对此作过大量研究,但迄今为止对果皮褐变机理仍然未能提出令人满意的解释。因此,本文从荔枝果皮花色素苷的酶促降解入手,分离纯化荔枝采后果皮花色素苷降解酶,研究其酶学性质和蛋白质序列,并分析其编码的基因在褐变过程中表达的变化。 通过硫酸铵分级盐析、DEAE—Sepharose离子交换柱层析和Sephadex G—200凝胶过滤层析分离后,从荔枝新鲜果皮中得到了高度纯化的花色素苷降解酶,经SDS-PAGE凝胶电泳确定为单一条带,测定的分子量约为116 kDa,回收条带进行氨基酸序列测定,从所得的4个氨基酸序列推断该酶为漆酶(laccase)。 在40℃,pH4.0条件下测得荔枝漆酶对荔枝花色素苷、4—甲基邻苯二酚的Km分别为:0.072 mmol/L、10.9 mmol/L;对松柏醇(coniferyl alcohol)、对苯二酚(hydroquinone)、介子醇(sinapyl alcohol)、茴香胺(ρ—Anisidine)等酚类物质不表现活力,表明该酶对底物专一性较强。荔枝漆酶最适反应温度为65℃,在不同温度下保温60min,发现在25℃—60℃温度范围内活力比较稳定,达到或超过70℃后,漆酶活性急剧下降;最适反应pH值为5.0-7.0,在pH3.7—8.0范围内比较稳定,表现出很强的耐酸碱性。叠氮钠(sodium azide)、十二烷基磺酸钠(SDS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)等不同程度抑制漆酶的活性,而对香豆酸(ρ—coumaric acid)、阿魏酸(Ferulic acid)、唤庚三烯酚酮(Tropolone)不影响漆酶的活性。 荔枝漆酶的蛋白质测序结果中,有一片段与NCBI中报道的荔枝漆酶部分mRNA的序列推测的蛋白质序列同源性达100%,根据这个序列,设计引物,进行3’和5’末端扩增,得到荔枝漆酶cDNA全长序列。另外,根据NCBI中报道的荔枝过氧化物酶(POD)片段序列,得到该基因3’末端的序列。 运用Northern杂交方法检测不同处理后荔枝果皮中漆酶与POD的基因表达情况。结果表明,不包装的果实,其果皮漆酶基因的表达水平在20℃贮藏3天后,比包装果实的高,而POD基因则在贮藏3天后在包装的果实中表达较强。熏硫处理能抑制漆酶基因在贮藏5天后的的表达,单独的熏硫处理比熏硫后的酸处理抑制作用更强,而POD基因在整个贮藏过程中在熏硫处理的果实中表达较熏硫后的酸处理果实强。与热处理后酸处理相比,单独热处理抑制了漆酶基因的表达,促进了贮藏前期POD基因的表达。 荔枝果实外观颜色在很大程度上取决于果皮花色素苷含量,不同处理缓解或加速了花色素苷降解。与不包装条件相比,包装延缓了果皮花色素苷含量的下降;熏硫后的酸处理和热处理后的浸酸处理分别延缓了单独的熏硫处理和热处理果实的花色素苷含量的下降。 综上所述,本文首次从荔枝果皮中分离了对初步纯化的花色素苷具有较高的活力的漆酶,其在荔枝采后具有较高水平的表达,包装、熏硫处理浸酸和热处理浸酸等延缓果皮褐变的处理在不同程度上抑制了该酶基因的表达,初步说明该酶可能是荔枝果皮褐变的关键酶之一。
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