蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素研究進(jìn)展

刁衛(wèi)楠 朱紅菊 劉文革

摘 要：類(lèi)胡蘿卜素是一種重要的天然色素，廣泛存在于動(dòng)植物以及微生物體內(nèi)，是人體維生素A的主要來(lái)源，對(duì)人類(lèi)健康具有重要作用。在蔬菜作物中，不同種類(lèi)和含量的類(lèi)胡蘿卜素賦予其顏色的多樣性。植物類(lèi)胡蘿卜素積累是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。它與有色體發(fā)育有關(guān)，由多個(gè)結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，還受環(huán)境因素影響。本文對(duì)蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的合成代謝途徑及其影響因子進(jìn)行概述，以期為蔬菜作物的外觀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：蔬菜作物;類(lèi)胡蘿卜素;積累;顏色

中圖分類(lèi)號(hào)：S63+S64+S65 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2021）01-001-08

Research progress on carotenoids in vegetable crops

DIAO Weinan， ZHU Hongju， LIU Wenge

（Zhengzhou Fruit Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450009， Henan， China）

Abstract： Carotenoid is an important natural pigment， which widely exists in animals， plants and microorganisms. It is the main source of human vitamin A and plays an important role in human health. The variety and content of carotenoids in vegetable crops are different， which endows them with color diversity. Carotenoid accumulation in plants is a complex process. It is related to the development of chromoplast， regulated by many structural genes and transcription factors， and also affected by environmental factors. In this paper， the pathway of carotenoid biosynthesis and its influencing factors in vegetables crops are systematically introduced， in order to provide theoretical basis for improving the appearance and nutritional quality of vegetable crops.

Key words：Vegetables crops; Carotenoids; Accumulation; Color

類(lèi)胡蘿卜素是一類(lèi)重要的天然色素的總稱(chēng)，它是一種含有40個(gè)碳的類(lèi)異戊烯聚合物， 即四萜化合物。最典型的類(lèi)胡蘿卜素是由8個(gè)異戊二烯單位首尾相連形成。類(lèi)胡蘿卜素的顏色因共軛雙鍵的數(shù)目不同而變化，共軛雙鍵的數(shù)目越多，顏色越偏向紅色[1]。類(lèi)胡蘿卜素是體內(nèi)維生素A的主要來(lái)源，由于人體自身不能合成類(lèi)胡蘿卜素，必須通過(guò)外界攝入。當(dāng)人體攝入類(lèi)胡蘿卜素時(shí)，一些類(lèi)胡蘿卜素被分解成維生素A前體，而缺乏維生素A的兒童可能有嚴(yán)重的視力問(wèn)題，如夜盲癥[2]。類(lèi)胡蘿卜素還具有抗氧化作用，其抗氧化能力對(duì)人類(lèi)健康具有特別重要的意義。飲食中攝入類(lèi)胡蘿卜素對(duì)一些廣泛而典型的現(xiàn)代文明疾病具有一定的預(yù)防和保護(hù)作用，可作為自由基清除劑，如預(yù)防多種退行性疾病、心血管疾病和癌癥等[3]。目前約700種天然類(lèi)胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)已被鑒定，這些類(lèi)胡蘿卜素與黃色、橙色、紅色等有關(guān)[4]。在蔬菜作物中，類(lèi)胡蘿卜素的主要存在形式有β-胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素、β-隱黃質(zhì)、八氫番茄紅素、六氫番茄紅素等，在多種蔬菜顏色形成方面占據(jù)重要地位，如在番茄、胡蘿卜、西瓜等蔬菜中豐富的類(lèi)胡蘿卜素導(dǎo)致了其顏色多樣化。

1 蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的積累

1.1 蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的積累

大多數(shù)蔬菜中都富含類(lèi)胡蘿卜素，如番茄、西瓜、甜瓜、胡蘿卜、馬鈴薯等，類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)和含量的不同導(dǎo)致了蔬菜作物顏色的多樣化。番茄被認(rèn)為是研究類(lèi)胡蘿卜素相關(guān)代謝過(guò)程的模式植物，類(lèi)胡蘿卜素在不同顏色番茄中的種類(lèi)和含量各不相同。研究表明，番茄果實(shí)中至少含有12種類(lèi)胡蘿卜素，在其成熟果實(shí)中主要有番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素，其中番茄紅素占主導(dǎo)地位[5]。康保珊[6]發(fā)現(xiàn)，番茄黃肉突變體材料‘PI114490與已知的番茄r突變體‘LA3532中的類(lèi)胡蘿卜素組成及含量相似，主要積累葉黃素和β-類(lèi)胡蘿卜素。Nicolle等[7]對(duì)20個(gè)不同胡蘿卜品種中的類(lèi)胡蘿卜素組分和含量研究發(fā)現(xiàn)，在紫色和黃色品種中主要含有葉黃素和β-胡蘿卜素，在白色品種中幾乎不含類(lèi)胡蘿卜素，橙色品種中主要是β-胡蘿卜素。玉米黃素、葉黃素、新黃質(zhì)、紫黃質(zhì)是黃肉馬鈴薯中主要存在的類(lèi)胡蘿卜素，白肉馬鈴薯和黃肉馬鈴薯具有相似的類(lèi)胡蘿卜素組分，但是由于類(lèi)胡蘿卜素含量的不同導(dǎo)致其顏色不同[8-9]。西瓜中類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)豐富，Tadmor等[10]發(fā)現(xiàn)，橙黃瓤西瓜中含有大量β-胡蘿卜素及少量的番茄紅素，紅瓤西瓜中積累了大量的番茄紅素;Bang等[11]發(fā)現(xiàn)，在淡黃瓤果肉中主要含新黃質(zhì)和紫黃質(zhì);Li等[12]發(fā)現(xiàn)，在西瓜果皮中的色素主要是葉綠素，幾乎不含類(lèi)胡蘿卜素。

1.2 類(lèi)胡蘿卜素在蔬菜作物中積累的場(chǎng)所——有色體

質(zhì)體是類(lèi)胡蘿卜素代謝的場(chǎng)所，在控制胡蘿卜素生物活性、類(lèi)胡蘿卜素穩(wěn)定性和色素多樣性方面起著關(guān)鍵作用。根據(jù)其不同的形態(tài)和功能，質(zhì)體可分為若干亞型，包括前質(zhì)體、黃質(zhì)體、葉綠體、白色體和有色體[13]。不同類(lèi)型的質(zhì)體具有不同的合成和積累類(lèi)胡蘿卜素的能力，不同質(zhì)體的獨(dú)特功能決定了類(lèi)胡蘿卜素代謝的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致植物器官中類(lèi)胡蘿卜素的數(shù)量增多和種類(lèi)多樣化。除原質(zhì)體外，所有質(zhì)體都有生產(chǎn)類(lèi)胡蘿卜素的能力，在綠色植物組織中，類(lèi)胡蘿卜素的生物合成主要發(fā)生在葉綠體內(nèi)膜和類(lèi)囊體雙層中。葉綠體雖然能夠積累大量的葉黃素、β-胡蘿卜素、紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)，但葉綠體的綠色掩蓋了它們特有的黃色/橙色[14]。有色體主要在不同的水果和蔬菜中合成和積累多種類(lèi)胡蘿卜素化合物，是大量合成和貯存類(lèi)胡蘿卜素的主要質(zhì)體，形成了合成和積累大量類(lèi)胡蘿卜素的獨(dú)特機(jī)制[15]。

有色體具有多種形態(tài)，主要來(lái)源于已有的葉綠體或其他非光合質(zhì)體，如前質(zhì)體、白色體。在大多數(shù)植物中，類(lèi)胡蘿卜素類(lèi)物質(zhì)被認(rèn)為是在有色體的脂蛋白隔離亞結(jié)構(gòu)或質(zhì)體球滴結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的[16-17]。這些類(lèi)胡蘿卜素隔離亞結(jié)構(gòu)在有色體大量積累類(lèi)胡蘿卜素中起著兩個(gè)作用：一個(gè)作用是促進(jìn)新合成的類(lèi)胡蘿卜素的分離，以穩(wěn)定貯存;另一個(gè)作用是避免類(lèi)胡蘿卜素生物合成部位的最終產(chǎn)物過(guò)載，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生物合成[18-19]。根據(jù)貯存亞結(jié)構(gòu)的變化，有色體被分為5種主要的類(lèi)型，即球狀、結(jié)晶狀、膜狀、纖維狀、網(wǎng)狀和管狀[20]。球狀有色體的特征是質(zhì)體球的堆積，大多數(shù)蔬菜作物，如辣椒中含有豐富的質(zhì)體球滴結(jié)構(gòu)[21]。晶狀有色體通常與晶體結(jié)構(gòu)中β-胡蘿卜素和番茄紅素的超積累有關(guān)，典型的如番茄和胡蘿卜根中發(fā)現(xiàn)的有色體類(lèi)型[22-23]。在同一有色體中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不止一種類(lèi)型的類(lèi)胡蘿卜素隔離亞結(jié)構(gòu)，袁平麗[24]發(fā)現(xiàn)，在不同倍性的西瓜果肉中有色體以球狀、管狀等多種形態(tài)存在。有色體的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，有研究表明，有色體的發(fā)育與細(xì)胞膜增殖有關(guān)，而活性脂肪酸的生物合成和脂質(zhì)代謝則是細(xì)胞膜增殖的關(guān)鍵。在番茄有色體發(fā)育過(guò)程中參與脂肪酸生物合成的有色體編碼基因accD的高水平表達(dá)，表明脂質(zhì)的合成在有色體發(fā)育中具有重要作用[25]。在花椰菜中發(fā)現(xiàn)一個(gè)Or基因的功能與一個(gè)細(xì)胞過(guò)程有關(guān)，該過(guò)程觸發(fā)前質(zhì)體或其他非彩色質(zhì)體分化為有色體，從而積累類(lèi)胡蘿卜素[26]。在馬鈴薯中進(jìn)行Or基因的轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)也表明，Or基因確實(shí)控制著有色體的分化，并且通過(guò)對(duì)有色體形成的調(diào)控可以間接對(duì)植物類(lèi)胡蘿卜素的積累產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[27]。此后，在對(duì)胡蘿卜的研究中發(fā)現(xiàn)，Or基因的一個(gè)突變被認(rèn)為影響了有色體的結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響了類(lèi)胡蘿卜素的合成與貯藏[28]。盡管許多因素和過(guò)程都影響和控制著有色體的分化和發(fā)育，目前關(guān)于控制有色體發(fā)育的相關(guān)基因和途徑在很大程度上仍未可知。

1.3 蔬菜作物中有色體與類(lèi)胡蘿卜素積累的關(guān)系

有色體作為園藝作物花、果、根中合成和積累類(lèi)胡蘿卜素的主要質(zhì)體，在不同的植物器官中積累的類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)和含量各不相同。Zhang等[29]在西瓜中鑒定出一種屬于PHT4轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中的Pi轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ClPHT4;2，它可以在胞質(zhì)和有色體之間轉(zhuǎn)運(yùn)Pi，在有色體發(fā)育過(guò)程中起著重要作用，ClPHT4;2基因的高表達(dá)與不同西瓜材料中類(lèi)胡蘿卜素含量的增加顯著相關(guān)。在西瓜果實(shí)成熟過(guò)程中，許多類(lèi)胡蘿卜素球從塌陷的色素質(zhì)體中釋放到細(xì)胞質(zhì)中，并在有色的果肉細(xì)胞中積累，類(lèi)胡蘿卜素在有色體發(fā)育過(guò)程中的高積累導(dǎo)致有色體破裂，這在西瓜瓤色發(fā)育過(guò)程中十分必要。Tzuri等[30]發(fā)現(xiàn)，甜瓜中的一個(gè)‘Golden SNP導(dǎo)致CmOr蛋白中高度保守的精氨酸變成組氨酸，從而導(dǎo)致β-胡蘿卜素的積累。Chayut等[31]的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)CmOr無(wú)義突變（CmOr lowb），它降低了水果中β-胡蘿卜素的含量。Cmor-lowb在開(kāi)花后30 d至成熟期間抑制了果實(shí)中有色體的形成和葉綠體的解體，表明Cmor調(diào)節(jié)了葉綠體向有色體的轉(zhuǎn)化，影響了類(lèi)胡蘿卜素的含量。有色體在不同蔬菜作物中以不同的形態(tài)存在，且在同一作物同一器官中可能存在多種形態(tài)的有色體共同調(diào)控類(lèi)胡蘿卜素的合成和貯藏。

2 蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的合成途徑

2.1 類(lèi)胡蘿卜素前體的合成

類(lèi)胡蘿卜素的前體物質(zhì)是異戊烯焦磷酸（IPP）和二甲基丙烯基二磷酸（DMAPP），前體物質(zhì)的合成主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)途徑：2-C-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸（2-C-Methyl-D-erythritol 4-phosphate，MEP）途徑和甲羥戊酸（MVA）途徑。MEP途徑是在植物細(xì)胞器質(zhì)體中和真菌中發(fā)生，MVA途徑主要在植物細(xì)胞液中和細(xì)菌中發(fā)生，而在園藝植物中類(lèi)胡蘿卜素的合成和積累主要發(fā)生在質(zhì)體中，因此，在蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素前體主要通過(guò)MEP途徑合成[32-33]。MEP途徑即丙酮酸和3-磷酸甘油醛通過(guò)縮合反應(yīng)生成1-脫氧-木酮糖-5-磷酸（DXP），并通過(guò)1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶（DXS）和5-磷酸脫氧木酮糖還原異構(gòu)酶（DXR）催化反應(yīng)生成控制牻牛兒牻牛兒基焦磷酸（GGPP）合成的前體IPP和二甲基丙烯基二磷酸（DMAPP）。IPP和DMAPP通過(guò)縮合反應(yīng)生成牻牛兒焦磷酸（C10），然后在牻牛兒牻牛兒基焦磷酸合成酶（GGPPS）的作用下生成牻牛兒牻牛兒基焦磷酸（GGPP）。

2.2 蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的合成

目前關(guān)于類(lèi)胡蘿卜素相關(guān)合成途徑已經(jīng)比較清楚，筆者根據(jù)以往研究對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的合成通路進(jìn)行了總結(jié)（圖1），從GGPP生成第一個(gè)類(lèi)胡蘿卜素的物質(zhì)八氫番茄紅素，再經(jīng)脫氫、環(huán)化、羥基化、環(huán)氧化等轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?lèi)胡蘿卜素[34]。即2分子的GGPP在質(zhì)體中進(jìn)行縮合反應(yīng)，并在八氫番茄紅素合成酶（PSY）的作用下生成15-順式-八氫番茄紅素（phytoene），此為類(lèi)胡蘿卜素生物合成的第一步，同時(shí)也是限速步驟，PSY是此過(guò)程中的限速酶。八氫番茄紅素在八氫番茄紅素脫氫酶（PDS）的作用下生成ζ-胡蘿卜素（ζ-carotene），然后在ζ-胡蘿卜素脫氫酶（ZDS）的催化作用下形成順式番茄紅素（cris-lycopene）。因?yàn)轭?lèi)胡蘿卜素在自然界中主要以反式結(jié)構(gòu)存在，因此異構(gòu)化作用也是類(lèi)胡蘿卜素合成的關(guān)鍵一步，順式番茄紅素在類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶（Z-ISO，CRTISO）的催化下形成紅色的反式番茄紅素[35]，其中CRTISO異構(gòu)酶的活性取決于黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）結(jié)合基序，該基序與輔助因子（FADred）的還原形式結(jié)合，進(jìn)而催化異構(gòu)反應(yīng)[36]。

番茄紅素環(huán)化是類(lèi)胡蘿卜素合成過(guò)程中的一個(gè)重要分支點(diǎn)，反式番茄紅素在番茄紅素環(huán)化酶（LCYE和LCYB）的催化下進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)分別生成α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素，該反應(yīng)是類(lèi)胡蘿卜素代謝的關(guān)鍵步驟，番茄紅素的環(huán)化產(chǎn)生了類(lèi)胡蘿卜素的多樣性。在α支路上，α-胡蘿卜素在β-胡蘿卜素羥化酶（BCH）和ε-環(huán)羥化酶（ECH）等環(huán)羥化酶的共同催化作用下生成葉黃素[37]。在β支路上，β-胡蘿卜素經(jīng)過(guò)一次BCH羥基化反應(yīng)生成β-隱黃質(zhì)，β-隱黃質(zhì)再經(jīng)羥基化生成玉米黃質(zhì)，然后在玉米黃素環(huán)氧酶（ZEP）的作用下生成紫黃質(zhì)，紫黃質(zhì)在新黃質(zhì)合成酶（NSY）的催化下生成新黃質(zhì)，也是該支路上的最后一個(gè)產(chǎn)物，紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)被認(rèn)為是ABA合成的前體物質(zhì)[38-39]。

3 蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的合成調(diào)控

3.1 關(guān)鍵酶基因?qū)κ卟俗魑镏蓄?lèi)胡蘿卜素合成的調(diào)控

類(lèi)胡蘿卜素的合成受到多方面的調(diào)控，在很多研究中發(fā)現(xiàn)其直接受到類(lèi)胡蘿卜素相關(guān)合成基因和酶的直接調(diào)控。八氫番茄紅素合成酶（PSY）是類(lèi)胡蘿卜素合成途徑上游中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶，同樣也是一種重要的限速酶，在類(lèi)胡蘿卜素合成中占據(jù)重要地位。在擬南芥中，ORANGE（OR）蛋白被證明是PSY的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，通過(guò)調(diào)節(jié)PSY的水平來(lái)控制類(lèi)胡蘿卜素的合成[40];后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，OR通過(guò)保持PSY以適當(dāng)?shù)恼郫B方式和防止PSY被Clp蛋白酶降解來(lái)調(diào)節(jié)PSY的水平和活性[41]。在番茄中發(fā)現(xiàn)3個(gè)PSY 基因（PSY1、PSY2、PSY3），PSY2是葉組織特異表達(dá)基因，參與葉中的類(lèi)胡蘿卜素合成;PSY3則被認(rèn)為是在脅迫條件下的根中起作用;而PSY1基因被定位在3號(hào)染色體上，在番茄成熟果實(shí)中上調(diào)表達(dá)，是PSY多基因家族中主要針對(duì)果實(shí)中類(lèi)胡蘿卜素合成的基因，能夠促進(jìn)番茄果實(shí)中番茄紅素的積累[42-43]，同時(shí)也表明不同PSY亞型的表達(dá)譜表現(xiàn)出組織特異性。Nakkanong等[44]發(fā)現(xiàn)，在南瓜中，PSY1基因在果實(shí)發(fā)育早期表現(xiàn)出較高的表達(dá)水平，這可能會(huì)觸發(fā)果實(shí)中的類(lèi)胡蘿卜素積累的增加，導(dǎo)致果實(shí)類(lèi)胡蘿卜素含量增加。對(duì)不同亞型的PSY蛋白活性及它們的氨基酸殘基的研究較少，Cao等[45]以番茄PSY亞型PSY1和PSY2為研究對(duì)象，通過(guò)定點(diǎn)突變分析和三維結(jié)構(gòu)建模對(duì)PSY蛋白進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)PSY核心結(jié)構(gòu)中相鄰的芳香族化合物對(duì)PSY的高活性至關(guān)重要。

無(wú)色八氫番茄紅素經(jīng)過(guò)八氫番茄紅素脫氫酶（PDS）、ξ-胡蘿卜素脫氫酶（ZDS）催化脫氫和類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶（CRITSO）催化異構(gòu)形成紅色的反式番茄紅素。PDS和ZDS都是膜結(jié)合電子受體，在黃素結(jié)合基序處結(jié)合氧化還原活性輔因子，可以作為胡蘿卜素去飽和酶進(jìn)行氧化還原進(jìn)而調(diào)節(jié)類(lèi)胡蘿卜素的生物合成[46]。在番茄中PDS被定位在3號(hào)染色體上，ZDS被定位在1號(hào)染色體上，且通過(guò)對(duì)PDS、ZDS進(jìn)行沉默等發(fā)現(xiàn)PDS、ZDS的表達(dá)與類(lèi)胡蘿卜素（尤其是番茄紅素）的積累成正相關(guān)[47-48]。

目前，自然界中的類(lèi)胡蘿卜素大多以反式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶（CRITSO）是催化類(lèi)胡蘿卜素順?lè)崔D(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，能夠?qū)⒎鸭t素從順式構(gòu)象異構(gòu)為全反式構(gòu)象。在番茄中，CRTISO 被定位在10號(hào)染色體上，該基因在tangerine突變體的定位中被發(fā)現(xiàn)，其突變導(dǎo)致番茄果肉顏色由紅色變成橙色[49]。在西瓜中CRTISO基因主要在西瓜成熟果肉中表達(dá)，差異表達(dá)基因與果肉的顏色無(wú)明顯相關(guān)性，但對(duì)其CDSs序列分析的結(jié)果表明，CRTISO基因的自然突變可能調(diào)節(jié)了橙色果肉西瓜品種中原番茄紅素的積累[50]。Su等[51]發(fā)現(xiàn)，在大白菜中BrCRTISO功能的缺失導(dǎo)致了大白菜內(nèi)葉中原番茄紅素的積累、類(lèi)胡蘿卜素代謝途徑中上游合成基因的上調(diào)和下游降解基因的下調(diào)，有助于促進(jìn)大白菜內(nèi)頭葉呈現(xiàn)出橙色。在黃瓜中橙色果肉的形成則可能是or基因或BCH1基因的調(diào)控[52]。通過(guò)對(duì)胡蘿卜中類(lèi)胡蘿卜素生物合成基因與胡蘿卜中類(lèi)胡蘿卜素含量與組分關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，總類(lèi)胡蘿卜素含量和β-胡蘿卜素含量與ZEP、PDS和CRTISO基因表達(dá)顯著相關(guān)[53]。CRTISO方面的研究在一定程度上彌補(bǔ)了CRTISO在基因功能等方面的研究空白，但其相關(guān)功能仍需進(jìn)一步挖掘。

類(lèi)胡蘿卜素代謝過(guò)程中番茄紅素的環(huán)化是一個(gè)重要的分界點(diǎn)，LCYB是催化β-胡蘿卜素合成的酶，LCYE是催化α-胡蘿卜素生成的一類(lèi)重要的酶。其中，LCYB基因在西瓜上被定位在4號(hào)染色體上，Bang等[54]對(duì)亮黃瓤與紅瓤西瓜中LCYB的cDNA全長(zhǎng)序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其編碼區(qū)存在3個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點(diǎn)，這些SNPs表現(xiàn)出與瓤色的表現(xiàn)型完全共分離，表明LCYB可能是亮黃瓤或紅瓤顏色的遺傳因子。豆峻嶺等[55]通過(guò)對(duì)無(wú)籽西瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中番茄紅素合成代謝酶基因表達(dá)的分析發(fā)現(xiàn)，LCYB在控制果實(shí)瓤色發(fā)育中具有重要作用。Wang等[56]發(fā)現(xiàn)，LCYB基因可能在蛋白質(zhì)水平上調(diào)控果實(shí)顏色的變化，并利用果肉顏色特異性CAPS標(biāo)記，建立了一套新的西瓜紅、黃果色標(biāo)記輔助選擇系統(tǒng)。LCYE和LCYB是兩種存在相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的酶，Diretto等[57]發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯中對(duì)LCYE基因進(jìn)行沉默，能夠?qū)е埋R鈴薯中β-胡蘿卜素的增加。由此可見(jiàn)，番茄紅素環(huán)化酶在類(lèi)胡蘿卜素的組成和含量中占據(jù)重要地位，可以通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)環(huán)化酶基因來(lái)使類(lèi)胡蘿卜素的代謝偏向某一通路或支路進(jìn)而影響類(lèi)胡蘿卜素的合成。

3.2 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控對(duì)蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素合成的調(diào)控

類(lèi)胡蘿卜素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控研究逐漸成為研究的一大熱點(diǎn)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多轉(zhuǎn)錄因子直接或間接參與蔬菜中類(lèi)胡蘿卜素的相關(guān)合成與代謝，主要有MYB家族、BBX家族、NAC家族、MADS-box家族、AP2/ERF家族等。MYB家族、BBX家族及NAC家族中的一些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)調(diào)節(jié)或結(jié)合類(lèi)胡蘿卜素的相關(guān)合成基因來(lái)直接調(diào)控蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素的積累;MADS-box家族、AP2/ERF家族中的一些轉(zhuǎn)錄因子則是通過(guò)調(diào)節(jié)作物的成熟來(lái)間接影響類(lèi)胡蘿卜素的合成（表1）。MADS-box家族的RIN轉(zhuǎn)錄因子目前在番茄中研究得比較深入，番茄rin果實(shí)突變體中乙烯合成不足導(dǎo)致有色體發(fā)育異常，RIN轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)影響果實(shí)成熟來(lái)影響類(lèi)胡蘿卜素的積累。rin （ripening inhibitor），nor（non-ripening） and Cnr（Colorless non-ripening）是番茄中常見(jiàn)的突變體，Wang等[58]對(duì)這些突變體的功能和遺傳相互作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)rin和nor在調(diào)控果實(shí)成熟過(guò)程中具有可加性，Cnr等位基因是rin和nor的上位性基因。在番茄中發(fā)現(xiàn)一種RIN-MC融合基因，該基因被翻譯為一種調(diào)控多種成熟基因表達(dá)的嵌合轉(zhuǎn)錄因子，該轉(zhuǎn)錄因子定位于細(xì)胞核內(nèi)，能夠與其他MADS-box因子發(fā)生蛋白質(zhì)相互作用，但RIN-MC融合基因在rin突變體中的可能功能尚不清楚[59]。

3.3 環(huán)境因素對(duì)蔬菜作物中類(lèi)胡蘿卜素合成的影響

各種環(huán)境因素在植物生長(zhǎng)過(guò)程中至關(guān)重要，在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中也有著不可或缺的作用。李巖等[69]發(fā)現(xiàn)，在番茄中紅光和紅藍(lán)組合光能夠通過(guò)提高番茄紅素生物合成關(guān)鍵酶基因GGPS和PSY1的轉(zhuǎn)錄水平和活性，促進(jìn)果實(shí)中番茄紅素的合成;王曼曼等[70]發(fā)現(xiàn)，番茄果實(shí)在著色期會(huì)受到高溫、低溫環(huán)境影響;高溫條件下可使番茄果實(shí)提早轉(zhuǎn)色，但同時(shí)也導(dǎo)致果實(shí)中的類(lèi)胡蘿卜素含量一直維持在轉(zhuǎn)色期水平，嚴(yán)重影響果實(shí)中番茄紅素的積累，而溫度過(guò)低則會(huì)造成果實(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)色，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)光照對(duì)番茄果實(shí)中的類(lèi)胡蘿卜素積累整體影響不大，但是高光條件能夠促進(jìn)果實(shí)加速轉(zhuǎn)色。其他因素如種植地區(qū)、季節(jié)等因素都會(huì)影響植物果實(shí)中類(lèi)胡蘿卜素的生成，袁平麗等[71]發(fā)現(xiàn)在河南新鄉(xiāng)、新疆昌吉兩地種植的西瓜中番茄紅素含量具有明顯差異。

在采后處理過(guò)程中，環(huán)境因素尤其是溫度對(duì)部分果蔬中類(lèi)胡蘿卜素的積累也有很大影響。Pola等[72]在不同溫度下對(duì)辣椒進(jìn)行采后處理，在30 ℃時(shí)辣椒中的葉綠素迅速降解并且變紅，在20 ℃時(shí)則呈橙紅色，并且在30 ℃時(shí)類(lèi)胡蘿卜素含量較高，與類(lèi)胡蘿卜素合成相關(guān)的基因（如PSY、LCYB等）表達(dá)上調(diào)。Alba等[73]發(fā)現(xiàn)，光敏色素對(duì)番茄果實(shí)的成熟具有不同的調(diào)節(jié)作用，對(duì)收獲的成熟綠色果實(shí)進(jìn)行短暫的紅光處理，可促進(jìn)果實(shí)中番茄紅素含量的增加。采后處理在果蔬生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，研究不同因素對(duì)果蔬中類(lèi)胡蘿卜素含量的影響有助于為產(chǎn)品的貯藏及運(yùn)輸?shù)忍峁﹨⒖肌?/p>

4 展 望

蔬菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值隨著人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康的關(guān)注被不斷挖崛，由于類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)的多樣性及其對(duì)人體的重要生理意義，與其相關(guān)的研究越來(lái)越深入。質(zhì)體是類(lèi)胡蘿卜素代謝的場(chǎng)所，不同的質(zhì)體類(lèi)型都對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的合成和積累具有很大的影響，可以通過(guò)調(diào)控質(zhì)體的發(fā)生來(lái)影響類(lèi)胡蘿卜素的相關(guān)合成和積累進(jìn)而改善蔬菜品質(zhì)。蔬菜作物中主要存在的質(zhì)體類(lèi)型是有色體，有色體的獨(dú)特能力為類(lèi)胡蘿卜素的大量合成和積累提供了可能，越來(lái)越多的證據(jù)顯示質(zhì)體中的隔離亞結(jié)構(gòu)及球滴結(jié)構(gòu)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的生物合成和積累具有重要作用。功能基因組學(xué)相關(guān)工具的普及使人們對(duì)有色體的發(fā)育機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)，目前有許多因素（如植物激素、糖）在蔬菜發(fā)育過(guò)程中調(diào)控有色體的分化，進(jìn)而影響類(lèi)胡蘿卜素積累，但具體調(diào)控機(jī)制仍不清楚，需要進(jìn)一步深入研究。

隨著各種園藝作物基因組、轉(zhuǎn)錄組及代謝組等相關(guān)數(shù)據(jù)的逐漸完善，類(lèi)胡蘿卜素合成途徑中相關(guān)的基因和酶也逐漸被廣泛研究，人們對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的研究也更加全面與深入，已經(jīng)不單單局限于關(guān)鍵酶基因的克隆與驗(yàn)證及各種化合物測(cè)定等方面。許多因子在不同水平上影響類(lèi)胡蘿卜素的相關(guān)調(diào)控。目前對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的合成途徑已經(jīng)有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，但對(duì)途徑中的關(guān)鍵酶基因的相關(guān)調(diào)控機(jī)制尚待進(jìn)一步闡明。類(lèi)胡蘿卜素通路基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是園藝作物研究的重點(diǎn)，已被證明在調(diào)節(jié)類(lèi)胡蘿卜素含量和成分方面具有重要意義。盡管目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多與類(lèi)胡蘿卜素調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，但這些轉(zhuǎn)錄因子在其調(diào)控類(lèi)胡蘿卜素的合成過(guò)程中處于什么地位，具體調(diào)控哪個(gè)類(lèi)胡蘿卜素合成基因，或者通過(guò)什么途徑或物質(zhì)來(lái)調(diào)控類(lèi)胡蘿卜素合成基因，尚不清楚，有待深入研究。對(duì)類(lèi)胡蘿卜素代謝、調(diào)節(jié)和類(lèi)胡蘿卜素衍生物作用的認(rèn)識(shí)仍在發(fā)展中。隨著類(lèi)胡蘿卜素相關(guān)調(diào)控新基因及轉(zhuǎn)錄因子的不斷挖掘，將會(huì)為培育富含類(lèi)胡蘿卜素的蔬菜新品種以及相關(guān)栽培技術(shù)等方面提供充分的依據(jù)，從而有效提高作物中類(lèi)胡蘿卜素含量和穩(wěn)定性，以有利于改善人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)和健康。

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