高等植物叶黄素合成代谢与调控机制

汪雨茜,李大婧,何伟伟,包怡红,刘春泉,宋江峰,黄午阳

(1.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040;2.江苏省农业科学院农产品加工研究所,江苏南京210014;3.江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验室,江苏南京 210014)

叶黄素(lutein)是属于类胡萝卜素的天然色素,在高等植物中能大量合成,且在植物生理代谢中起关键作用。它是植物光系统(photosystem II,PS II)的重要组成部分,在光合作用中捕获光能,调节植物生长和发育,也以生物信号分子参与植物与环境的相互作用[1]。类胡萝卜素在动物体内的吸收、贮存与代谢过程对其疾病防治、生长发育等有重要意义,如在人体内,叶黄素是维生素A合成的重要前体,是人眼视网膜黄斑色素的主要成分,具吸收有害蓝光、保护眼睛的功能[2]。研究表明,年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是导致中老年人视力衰退甚至失明的主因,适当的叶黄素可降低AMD的发生率[2],但动物自身不能合成类胡萝卜素。

叶黄素在动植物体内有广泛的生理功用,一直以来,有关叶黄素的生理功能,植物体内的合成途径等内容的研究颇受重视。本文从影响因子、关键酶及基因水平综述高等植物中叶黄素合成代谢和调控的研究进展,为叶黄素的应用提供参考依据。

1 叶黄素的合成途径及关键酶

类胡萝卜素广泛存在于蔬菜和花果类植物中,其生物合成包括多步复杂的次生代谢反应过程,即类异戊二烯途径,其中涉及多种生化反应的关键酶[1]。

1.1 合成途径

类胡萝卜素的合成途径如图1所示。……