花色素苷生物合成相关基因的研究进展

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1、花色素苷生物合成相关基因的研究进展张剑亮，王继华，吕冰，安康，曹干（广东省农业科学院作物研究所，广东广州510640）摘要：关键词：类黄酮化合物是植物次生代谢产物的一部分。类黄酮化合物可以以单体、二聚体和寡聚体的形式存在，几乎分布在植物所有的组织中，但主要在液泡中。它们也以有色寡聚/多聚分子混合物的形式存在于各种心材和树皮中。花色素苷是类黄酮类化合物中最重要的一类化合物。花色素常以苷类形式存在于植物细胞液泡中。花色素苷除了作为花、果实和种子的主要色素之外，还有其他多种功能。特异的类黄酮化合物还可以吸收紫外线，使植物免受紫外线B的辐射，从而防止紫外线对植

2、物的伤害（EbelandHahlbrock,1982）；参与调节植物对生长素的反应（JacobsandRubery,1988;HarborneandWilliams,2000）；具有类似外激素的功能，吸引昆虫授粉。现今，人们之所以对花色素苷类化合物产生浓厚的兴趣，主要还是因为它给人类的身体健康带来很大的益处。饮食中的花色素苷类化合物可能对许多疾病具有预防和治疗作用。许多研究显示花色素苷类合物可以预防中风、抑制肿瘤发育，具有抗炎性，口服花色素苷对糖尿病和溃疡有好处。花色素苷类化合物作为一类类黄酮，同时也具备类黄酮的一般生理活性。大量研究已证实红葡萄酒的健

3、康效果（特别是预防心血管疾病）与其所含有的花色苷及其聚合物密不可分。目前市场已出现以花色素苷为主要有效成分的改善视力的功能性或保健食品。不过，要注意的是不同种类的花色素苷的生理功能定位可能会有所不同。总之，花色素苷类化合物作为一类功能性基料，在功能性食品领域具有很好的应用前景（唐传核，2005）。1花色素苷的生物合成途径花色素苷的生物合成（图1.2）是由丙二酰CoA和香豆酰CoA在查尔酮合成酶（CHS；EC2.3.1.74）催化下产生查尔酮开始的。其中香豆酰CoA是从苯丙氨酸经过多步酶促反应形成的。苯丙氨酸脱氨酶（PAL；EC4.3.1.5）是这一系列

4、酶反应中的第一个酶。该酶将苯丙氨酸转化为肉桂酸，将酪氨酸转化为ρ－香豆酸。该合成途径也是合成其他多种化合物（如类黄酮、木质素、芪类化合物和香豆素等）的起始点，因此受到发育和多种外界环境因素的调控。图1.2类黄酮的生物合成途径（赵昶灵等，2003）Fig1.2Biosyntheticpathwayofflavonoids黄烷酮在黄烷酮-3-羟化酶（F3H；EC1.14.11.9）的催化下，C环第三位置羟化而形成二氢黄酮醇。该酶在一般条件下不稳定。由F3H催化所生成的二氢黄酮醇，通常是其他两种酶B－环羟化酶，即二氢黄酮醇3’羟化酶（F3’H）和二氢黄酮醇3

5、’5’羟化酶（F3’5’H）的底物。由F3H、F3’H和F3’5’H三种羟化酶所催化反应的产物是合成花色素苷的直接前体。二氢黄酮醇被羟化的程度和位置不同，将决定最终合成的花色素苷的种类和花的颜色。如果B环的3’和5’位置都被羟化，二氢黄酮醇将变成二氢杨梅黄酮，这是蓝紫色的翠雀素糖苷的直接前体；如果B环只有3’位置被羟化，将变成二氢栎皮酮，这是红色的花青素糖苷的直接前体；如果3’和5’位置都没有被羟化，则转变成砖红色的花葵素糖苷。图1.3类黄酮化合物生物合成途径中果实中参与花色素和黄酮醇合成的酶类及其大分子复合物模型A.产生杨梅素和槲皮素，进而生成翠雀素

6、和矢车菊素来源的花花色素苷模型；B.产生槲皮素，进而产生矢车菊素来源的花色素苷模型；C.产生山奈素和槲皮素，进而生成天竺葵素和矢车菊素来源的花色素苷模型（Jaakolaetal.,2002）。Fig1.3Modelsfortheorganizationofflavonoidpathwayenzymesforproductionofanthocyanidinsandflavonolsinfruits,supposedlyasmacromolecularcomplexesattheendoplasmicreticulum.A,Modelfortheprod

7、uctionofmyricetinandquercetininconnectiontodelphinidin-andcyanidin-derivedanthocyanins.B,Modelfortheproductionofquercetininconnectionwithcyanidin-derivedanthocyanins.C,Modelfortheproductionofkaempferolandquercetininconnectionwithcyanidin-andpelargonidin-derivedanthocyanins(straw

8、berry,raspberry[partially]).从二氢黄酮醇转变成花色素苷的反应非常复