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向光素(phototropin)與類胡蘿蔔素合成有關

 

圖片來源:Curr. Opin. Plant Biol.

身為光合自營生物,植物一定要能夠密切地監控環境中的光是否適合生存。這包括了光的品質(是否含有它需要的波長)、光的亮度與光照射的方向。因此,植物具有許多不同的光受器(photoreceptor):負責偵測紅光/紅外光的光敏素(phytochrome)、負責感應長波紫外光/藍光的隱花色素(cryptochrome)、負責感應短波紫外光的UVR8以及負責感應長波紫外光/藍光並偵測光照射方向的向光素(phototropin)。

與光敏素及隱花色素相同,向光素具有蛋白質激酶(protein kinase)活性(見上圖的kinase domain)。另外很特別的是,所有的向光素都有兩個LOV 結構域(LOV domain):過去的研究發現,所有具有這個結構域的蛋白質,幾乎都與光(light)、氧氣(oxygen)與電壓(voltage)相關。在向光素中,這兩個LOV結構域與不同的發色團(chromophore)結合,並被認為與感光有關。

最近的研究發現,番茄的向光素1序列發生特定突變時,會使得番茄合成特別多的茄紅素(lycopene,類胡蘿蔔素的一種)。這個突變的位置(第495個胺基酸)很靠近向光素1的第二個LOV結構域。當這個胺基酸由原來的精胺酸(arginine)變為組胺酸(histidine)後,向光素1雖然仍然有合成,但是它會干擾正常的向光素1的活化(在遺傳學上稱為「顯性負性」dominant negative)。這個顯性負性的向光素1會使植物合成更多的茄紅素。研究團隊發現,如果以基因編輯的方法讓向光素1失去功能,這樣的突變株番茄茄紅素合成是下降的,這也就解釋了過去為何一直不知道向光素與類胡蘿蔔素的合成有關。

參考文獻:

Kilambi, H.V., Dindu, A., Sharma, K., Nizampatnam, N.R., Gupta, N., Thazath, N.P., Dhanya, A.J., Tyagi, K., Sharma, S., Kumar, S., Sharma, R. and Sreelakshmi, Y. (2021), The new kid on the block: A dominant‐negative mutation of phototropin1 enhances carotenoid content in tomato fruits. The Plant Journal. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/tpj.15206

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