Регуляция метаболизма каротиноидов у Zinnia elegans ферментом каротиноид-расщепляющей диоксигеназой
Zinnia elegans — однолетнее декоративное растение, широко культивируемое в садах по всему миру. Цвет лепестков варьируется от красного до оранжевого и желтого из-за разного содержания каротиноидов и антоцианов. β-каротин является основным каротиноидом в лепестках.
В журнале Ornamental Plant Research 27 февраля 2024 года была опубликована статья, посвященная роли генов каротиноид-расщепляющей диоксигеназы (CCD) в накоплении каротиноидов и окраске лепестков Zinnia elegans.
Ключевые результаты исследования
- Содержание каротиноидов: У трех сортов циннии ('Dreamland Red' — DRE, 'Dreamland Coral' — DC, 'Dreamland Yellow' — DY) на четырех стадиях развития было определено общее содержание каротиноидов. Оно было наибольшим в лепестках DY и наименьшим — в DRE.
- Клонирование генов: Из Zinnia elegans были клонированы три гена ZeCCD (ZeCCD1, ZeCCD4-1 и ZeCCD4-2).
- Ферментативная активность: С помощью бактериальной системы комплементации пигментов была охарактеризована способность этих генов расщеплять каротиноиды. Белки показали разную активность против четырех субстратов (β-каротина, ε-каротина, зеаксантина и ликопина) в клетках E. coli. Наибольшей активностью обладал ZeCCD1.
- Экспрессия генов: Уровни экспрессии ZeCCD1 и ZeCCD4-2 в лепестках разных сортов были достоверно отрицательно коррелированы с содержанием каротиноидов.
- Локализация белков: Анализ показал, что белок ZeCCD1 локализуется в цитоплазме, а ZeCCD4-1 и ZeCCD4-2 — в хлоропластах. Это указывает, что ZeCCD4-2 играет более важную роль в расщеплении каротиноидов и окраске лепестков циннии.
Выводы
Исследование раскрывает функцию белков ZeCCD в расщеплении β-каротина, ε-каротина, зеаксантина и ликопина, а также связь между их экспрессией и общим содержанием каротиноидов в лепестках. Работа подчеркивает ключевую роль ZeCCD4-2 и закладывает основу для дальнейшего изучения молекулярных механизмов окраски лепестков и метаболизма каротиноидов у Zinnia elegans.