植物二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶基因（dgat）研究進展【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　海洋生物資源與環(huán)境</b></p><p>　　植物二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶基因（DGAT）研究進展</p><p>　　摘要：石油的大量使用會導(dǎo)致能源枯竭和溫室氣體排放的增加，為了實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境的和諧發(fā)展，必須開發(fā)替代能源。生物柴油作為一種理想

2、的可再生能源，近年來得到迅速發(fā)展。三酰甘油(TAG)是油料作物最主要的儲藏脂類,二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶(DGAT,EC2.3.1.20)是TAG合成途徑的限速酶,其主要作用是催化二酰甘油加上?；舅嵝纬扇８视?在植物中已發(fā)現(xiàn)了3種不同類型的DGAT基因,分別為DGAT1、DGAT2和DGAT3.該文對近年來國內(nèi)外有關(guān)植物DGAT相關(guān)基因及其蛋白分類、定位、結(jié)構(gòu)及其在脂肪酸合成等研究進展進行綜述.為提高產(chǎn)油植物油含量以及特定脂肪酸積累提供

3、理論參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：生物柴油 植物油脂 TAG DGAT 含油量</p><p>　　近年來，隨著全球經(jīng)濟的快速增長，石油和煤炭等化石能源的消耗大幅度上升，化石能源短缺危機已迫在眉睫，對生物質(zhì)能等可再生能源的關(guān)注逐漸成為熱點[1]。生物柴油，又稱單烷基脂肪酸酯，是以動、植物油脂為原料，與醇類經(jīng)轉(zhuǎn)酯作用獲得的單烷基脂肪酸酯，是一種安全清潔的可再生能源。微藻作為新一代生物

4、柴油原料，光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強、生長周期短和生物產(chǎn)量及含油量高，已經(jīng)成為制備生物柴油的研究熱點[2]。</p><p>　　DGAT (二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶)催化TAG（三酰甘油）合成途徑的最后一步反應(yīng)，也是該途徑的限速酶[3]，對它的研究對于進一步提高微藻含油量，降低生物柴油生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。</p><p><b>　　1.1 作用</b>&l

5、t;/p><p>　　質(zhì)體是植物發(fā)育種子中脂肪酸生物合成的主要場所。葡萄糖是脂肪酸碳C骨架的最初來源。如圖1所示，葉片中合成的葡萄糖運輸?shù)桨l(fā)育的種子細胞中，經(jīng)過一系列生化反應(yīng)形成丙酮酸(Pyruvate)。丙酮酸進入質(zhì)體，在丙酮酸脫氫酶(PDH)催化下生成乙酰輔酶A(Acetyl-CoA)，為脂肪酸合成提供了起始的2C分子。丙酮酸的合成及其轉(zhuǎn)入質(zhì)體中的數(shù)量是脂肪酸合成和積累的一個限速步驟。脂肪酸生物合成的第一步反應(yīng)是

6、乙酰輔酶A在乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)的催化下加上一個羧基生成3C分子丙二酰輔酶A(Malonyl-CoA)。這一步也是脂肪酸合成和積累的一個限速步驟。接著，在轉(zhuǎn)?；?AT)的作用下，丙二?；鶑妮o酶A分子轉(zhuǎn)移到酰基載體蛋白(ACP)上，形成丙二酰-ACP（Malonyl-ACP）。然后，在脂肪酸合成酶(FAS)復(fù)合體的作用下，丙二酰-ACP經(jīng)過多次循環(huán)，每次循環(huán)使碳鏈增加兩個碳原子，直到飽和脂肪酸鏈長度達到16個碳原子的軟脂酸為

7、止。這是正常的脂肪酸合成酶作用的終點。更長鏈的脂肪酸，或不飽和脂肪酸等都是把軟脂酸作為前體，需要另外的酶反應(yīng)形成[5]。</p><p>　　圖1中，在質(zhì)體中合成的脂酰-ACP，經(jīng)硫酯酶(TE)催化生成脂肪酸，接著與位于質(zhì)體外膜上的輔酶A結(jié)合，形成脂酰-CoA。接著脂酰-CoA（Fatty acyl-CoA）從質(zhì)體經(jīng)細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，用于合成甘油脂。首先，在3-磷酸甘油酰基轉(zhuǎn)移酶(GPAT)和溶血性磷脂酸?；?/p>

8、(LPAT)的先后作用下，脂肪酸碳鏈從各種脂酰-CoA分子上轉(zhuǎn)移到甘油-3-磷酸(Glycerol-3-phosphate)的sn-1和sn-2位置上，從而生成磷脂酸(Phosphatidate)。然后，磷脂酸分子上sn-3位的磷酸基被磷脂酸磷酸酶(PAP)切除后就形成二酰甘油酯</p><p>　　圖1 植物三酰甘油的生物合成途徑圖</p><p>　　(Diacylglycerol)。

9、最后，在二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶(DGAT)作用下，二酰甘油的sn-3位置上發(fā)生?；?即結(jié)合一個脂肪酸碳鏈)，形成三酰甘油(Triacylglycerol)。最近，研究發(fā)現(xiàn)了另一條不依賴于乙酰輔酶A的三酰甘油合成途徑，即在磷脂二酰甘油酯轉(zhuǎn)移酶(DGAT)的催化作用下，脂?；苯訌牧字Ｄ憠A(PC)轉(zhuǎn)移至二酰甘油，從而合成三酰甘油，而沒有經(jīng)中間產(chǎn)物輔酶[24]。 </p><p><b>　　1.2 分類&l

10、t;/b></p><p>　　根據(jù)從NCBI蛋白數(shù)據(jù)庫中得到的各個物種中DGAT蛋白的氨基酸序列（如表1），運用生物信息學(xué)軟件(DNAMAN 6．0)分析可以把它們分為3類(如圖2)：DGAT1、DGAT2和DGAT3基因家族[25]。</p><p>　　表1 已測序植物DGAT蛋白的名稱及其登錄號</p><p>　　DGAT1基因家族只存在于動物和植物

11、中 [7,16,17,27,28]。高等植物DGAT1蛋白的氨基酸殘基數(shù)一般在480～550之間，不同物種的DGAT氨基端前100個氨基酸殘基相似性較低(低于20%)，而位于100以后的氨基酸殘基相似性較高(大于70%)，可能正是這種N端差異導(dǎo)致了不同植物DGAT1酶屬性的不同[22]。一般情況下，植物DGATl具有9～lO個跨膜結(jié)構(gòu)域，在N端有一個由100多個氨基酸組成的親水域，該親水域位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的胞質(zhì)面。</p>&

12、lt;p>　　DGAT2基因家族的成員在動物、植物和酵母中都存在[15,16,22,25]，并且與DGAT1基因家族沒有明顯的相關(guān)性。目前對植物DGAT2的研究較少，僅在擬南芥、油菜、蓖麻等少數(shù)植物中克隆出來。蛋白序列分析發(fā)現(xiàn)，C端明顯比N端保守，同樣也具有相似的親水結(jié)構(gòu)域和疏水結(jié)構(gòu)域。幾種已知的DGAT2蛋白具有2～3個跨膜結(jié)構(gòu)域。</p><p>　　DGAT3基因是Saha等從發(fā)育中的花生子葉細胞質(zhì)中

13、克隆的一個與TAG合成相關(guān)的基因，該基因?qū)儆贒GAT基因家族，但是與DGATl和DGAT2基因家族的相似性不足10％，其蛋白序列與上面兩種DGAT家族同源性很低，但是具有類似DGAT蛋白功能基序[5,22]。該蛋白含有345個氨基酸，推測其分子量為41 kD，不存在跨膜結(jié)構(gòu)和信號肽序列，因此推測該蛋白定位于細胞質(zhì)中，是一種可溶性蛋白。</p><p>　　圖2 不同植物中DGAT蛋白序列的進化樹分析</p

14、><p><b>　　2. DGAT基因</b></p><p>　　2.1 已測序DGAT基因、定位及結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　從NCBI數(shù)據(jù)庫中得到已測序的植物DGAT基因及登錄號（如表2）。擬南芥DGATl基因定位于染色體Ⅱ上，該基因DNA總長度為3020bp，含有16個外顯子和15個內(nèi)含子，cDNA全長1 998 bp。擬南芥DGAT2

15、基因位于染色體Ⅲ上，DNA總長度為2 164bp，含有8個外顯子和7個內(nèi)含子，cDNA全長1 330 bp?；ㄉ鶧GAT3基因組序列還未得到，其cDNA全長1 637 bp。</p><p>　　各類植物的DGAT基因結(jié)構(gòu)略有不同：其中油桐和水稻DGATl含有16個外顯子和15個內(nèi)含子，外顯子長度和擬南芥基本一致。百脈根以及大豆DGATl含有15個外顯子和14個內(nèi)含子，它們最后一個外顯子長度與擬南芥和水稻的最后兩

16、個外顯子長度之和基本相等。</p><p>　　表2 已測序的植物DGAT基因及登錄號</p><p>　　2.2 已測序的植物DGAT基因進化樹分析</p><p>　　從NCBI數(shù)據(jù)庫中得到已測序的植物DGAT，運用ClastalX軟件進行多序列比對（圖3）和迭代比對（圖4）7種植物DGAT基因，得到進化樹分析。</p><p>　　圖3

17、多序列比對進化樹分析(gi+物種的拼音)</p><p>　　圖4迭代比對進化樹分析(gi+物種的拼音)</p><p>　　2.3 DGAT的基因操作</p><p>　　2.3.1 DGAT序列克隆</p><p>　　DGAT序列克隆是進幾十年才開始的。從Cases等在小鼠中克隆了第一個DGATl基因后，Hobbs等擬南芥中克隆了DGA

18、T基因，該基因在擬南芥中僅有一個拷貝。隨后，在油菜、蓖麻、煙草、大豆、百脈根等其他植物也得到了DGATl的同源基因。目前對植物DGAT2的研究較少，僅在擬南芥、油菜、蓖麻等少數(shù)植物中克隆出來。DGAT3基因目前只在花生中發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　2.3.2 DGAT的轉(zhuǎn)基因工作</p><p>　　表3 DGAT的轉(zhuǎn)基因工作</p><p><b>　　

19、3.結(jié)論</b></p><p>　?。?）根據(jù)從NCBI蛋白數(shù)據(jù)庫中得到的各個物種中DGAT蛋白的氨基酸序列運用生物信息學(xué)軟件(DNAMAN 6．0)分析可以把它們分為3類：DGAT1、DGAT2和DGAT3基因家族。</p><p>　?。?）從NCBI數(shù)據(jù)庫中得到已測序的植物DGAT，運用ClastalX軟件進行多序列比對和迭代比對得到完全相同進化樹(見圖3和圖4)。&l

20、t;/p><p><b>　　4.展望</b></p><p>　　植物油作為一種可再生的生物柴油產(chǎn)品，具有非常廣泛的應(yīng)用：(1)TAG是植物油的主要成分，植物油是食用脂類的主要來源，約占全世界脂類消耗的75％，而且植物油所含的很多單不飽和脂肪酸例如油酸，比飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸具有更高的營養(yǎng)價值；(2)植物油是巨大的天然原料，很多脂肪酸例如芥酸，月桂酸，斑鳩菊酸都廣

21、泛用于工業(yè)生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，世界上每年有1/3的植物油用于</p><p><b>　　制藥和化工生產(chǎn)。</b></p><p>　　近年來，對植物油脂的廣泛需求極大地促進了DGAT相關(guān)基因的研究，并在闡明植物油脂生物合成與代謝途徑，以及利用基因工程方法改良優(yōu)質(zhì)品質(zhì)方面獲得了較大的發(fā)展。隨著各種油料作物的DGAT基因研究的逐漸深入，以及更多與植物含油量相關(guān)的DGAT基因多

22、態(tài)性位點的發(fā)現(xiàn)，對于提高植物油產(chǎn)量以及品質(zhì)具有重要意義。</p><p>　　2008年，Zheng等通過對高油玉米DGATl的研究發(fā)現(xiàn)，在DGATl-2蛋白的F469位點處的一個苯丙氨酸的插入是提高油含量和油酸含量的重要決定因素，闡明了油含量以及組成差異的分子基礎(chǔ)。通過誘變得到DGATl-2蛋白苯丙氨酸突變型是未來大幅提高產(chǎn)脂量的值得研究的方法。</p><p><b>　　參

23、考文獻</b></p><p>　　[1] 嵇磊，張利雄，姚志龍等．利用藻類生物質(zhì)制備生物燃料研究進展[J]．石油學(xué)報石油加工，2007，23(6)：1-5．</p><p>　　[2] 王金娜，嚴小軍，周成旭，徐繼林．產(chǎn)油微藻的篩選及中性脂動態(tài)積累過程的檢測[J]．生物物理學(xué)報，2010，26(5)．</p><p>　　[3] 劉波，孫艷,劉永紅，趙

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