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植物中β

來源：泰然健康網時間：2024年12月12日 07:18

關鍵字： β-紫羅蘭酮; 類胡蘿卜素裂解雙加氧酶; 生物合成; 分子調控;基因工程技術

摘要：β-紫羅蘭酮作為環(huán)化異戊二烯的代表，具有抗菌、抗病毒和抗腫瘤等多種生物活性

植物的葉、花、果實、種仁等結構會釋放出各種各樣的揮發(fā)性有機化合物（volatile organic compounds, VOCs）。VOCs是親脂性液體，通常分為苯丙烷類、脂肪酸、氨基酸和萜類化合物[3]，β-紫羅蘭酮（β-ionone, BI）是植物產生的一種VOCs，屬于萜類化合物。β-紫羅蘭酮作為一類環(huán)化異戊二烯，在提高植物觀賞性能、促進人體健康以及生產應用等方面具有重要作用，如廣泛用于化工合成視黃酸、視黃醇、β-胡蘿卜素和維生素A等化合物以及化妝品和香水行業(yè)。此外，β-紫羅蘭酮具有抗癌、抗菌抗炎、抗微生物和降血脂等有益人體健康的功效。

紫羅蘭酮是一種由13個碳組成的酮類化合物，具有一個單環(huán)萜類骨架，自然界中存在多種異構紫羅蘭酮，包括α-紫羅蘭酮、γ-紫羅蘭酮等，它們的區(qū)別在于雙鍵的位置不同。β-紫羅蘭酮（C13H20O）全稱4-（2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯基）-3-丁烯-2-酮，分子量為192.30。其顏色為淡黃色或黃色，常溫下以液體形式存在，不溶于水和甘油，可溶于大多數(shù)油和醇類物質，具有紫羅蘭（Matthiola incana）花香香味。

β-紫羅蘭酮在生物體內外均表現(xiàn)出強大的抗癌活性。β-紫羅蘭酮可抑制細胞增殖并調節(jié)3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGCoA）還原酶，從而在肝癌發(fā)生過程中顯示出良好的預防作用。β-紫羅蘭酮具有通過自由基清除特性的抗增殖和抗氧化潛力，可以有效改善肺部癌變；β-紫羅蘭酮還可以抑制大鼠由7,12-二甲基苯并蒽（7,12-dimethylbenz[a]anthracene, DMBA）引發(fā)的乳腺癌。此外，β-紫羅蘭酮具有很好的抗菌效果。β-紫羅蘭酮也可用作誘餌來吸引昆蟲，通過使用其作為信息素來吸引昆蟲，可減少農藥使用，從而實現(xiàn)環(huán)保型生產。

現(xiàn)有研究表明，β-紫羅蘭酮存在于含有類胡蘿卜素（carotenoid）的植物中，從合成途徑上看，β-紫羅蘭酮主要是由類胡蘿卜素裂解產生的一種脫輔基類胡蘿卜素（apocarotenoids）。目前合成香氣物質β-紫羅蘭酮的基本途徑和結構基因已經得到鑒定和克隆，然而關于其形成的調控機理仍鮮有報道。β-紫羅蘭酮在植物體內的降解途徑目前僅在青蒿和桂花中有所研究，β-紫羅蘭酮可由DBR1、DBR2在植物體外生物轉化成二氫-β-紫羅蘭酮。

植物中β-紫羅蘭酮的生物合成途徑

β-紫羅蘭酮的前體物質是類胡蘿卜素，由其合成途徑可知主要由CCD酶基因參與類胡蘿卜素裂解。除結構基因參與β-紫羅蘭酮生物合成外，還有轉錄因子參與調控β-紫羅蘭酮合成。植物中的主要轉錄因子家族包括WRKY、MYB、NAC、MADS等，它們參與眾多生命活動，如應激反應、新陳代謝和激素誘導等。

植物中β-紫羅蘭酮的合成調控圖

作為β-胡蘿卜素的代謝產物，β-紫羅蘭酮的合成和積累依賴于合成途徑中關鍵酶基因的轉錄水平，因此對天然β-紫羅蘭酮進行改良的最有效的基因工程技術手段，是關鍵酶基因的過表達或沉默以及異源表達。在植物體內可以利用過表達關鍵酶基因或基因敲除、RNA干擾（RNA interference, RNAi）等手段沉默酶基因，從而改良植物中β-紫羅蘭酮的合成。β-紫羅蘭酮的異源合成依賴于其前體β-胡蘿卜素的降解，利用源于植物的CCDs在大腸桿菌（Escherichia coli）和酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）中已經成功地進行了β-紫羅蘭酮的異源合成，未來還可通過提高生產效率進一步改進代謝工程策略。

β-紫羅蘭酮是一種重要香氣物質，廣泛存在于植物的根、莖、葉、花、果等器官中，是植物中具有多種生物活性的類胡蘿卜素代謝產物，在提高植物觀賞商用價值、促進人體健康以及生產應用等方面具有重要作用。隨著高通量測序技術和以CRISPR/Cas9等基因組編輯技術的改進發(fā)展及在植物中的廣泛應用，

植物中β-紫羅蘭酮的釋放與類胡蘿卜素生物合成和降解基因的表達量高低有明顯的相關關系，但有關β-紫羅蘭酮合成和降解的分子調控機制卻少有報道，近年來隨著染色質可及性測序（assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing, ATAC-seq）等高通量測序技術和以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術的不斷改進發(fā)展，以及在不同植物中的廣泛應用，利用現(xiàn)代生物學手段發(fā)現(xiàn)并鑒定植物中β-紫羅蘭酮生物合成的特異性調控因子及分子調控網絡將變成可能。