【《Orange蛋白（Or）的研究文献综述》2500字】

Orange蛋白（Or）的研究文献综述1.1Orange基因的发现Orange基因(Or)最初是从富集β-类胡萝卜素的橙色菜花突变体(Brassicaoleranceavar.botrytis)中分离得到。野生型菜花的菜头组织不积累色素，呈白色或乳白色，而突变体菜花的头部积累了大量的类胡萝卜素，呈现橙色。Or杂合突变体（Oror）的菜花头部呈现橙黄色，颜色比纯合体的要浅，并且头部大小和野生型相近。而Or纯合突变体（OrOr）的菜花头部呈现深橙色，和野生型相比发育迟缓、菜头生长较小（Dimuzioetal.,2001）（图2-1）。Lu等（2006）使用图位克隆技术成功分离出花椰菜Or基因，并通过功能互补实验，证实了Or基因的功能。Or基因是一类植物特有的基因，在不同物种中具有高度保守性。在菜花(Luetal.,2006)中的研究表明，野生型Or基因全长915bp，基因序列分析结果显示Or基因含8个外显子和7个内含子，编码一个分子量为33.5kD，含305个氨基酸的质体相关蛋白，该蛋白含有一个富含半胱氨酸的DnaJ结构域，主要定位于非绿色质体中，且在富含前质体的幼嫩组织中表达量高，能够影响质体分裂，促进有色体的形成（门潇，2011）。针对拟南芥(Zhouetal.,2015)的研究表明，OR蛋白包含两个不同的区域：功能未知的N端区域和C端富含半胱氨酸的锌指结构域，N端区域能与PSY蛋白相结合，而C端区域则参与形成OR二聚体。对甘薯（Parketal.,2016）Or蛋白的研究发现，IbOr蛋白含有一个质体靶向转运序列，两个跨膜结构域和一个富含半胱氨酸的DnaJ-like的锌指结构域，该结构域含有4个重复序列：CxxCxGxG。图1-4菜花头部（从上到下）：野生型，Or纯合突变体(OrOr)，Or杂合突变体(Oror)(Lietal，2001)Figure2-1Cauliflowercurdsfrom(toptobottom):WT(oror),Homozygous(OrOr),andheterozygous(Oror)(Lietal，2001)菜花Or基因是一种罕见的类胡萝卜素基因突变，它能使植物的不同组织积累高水平的β-胡萝卜素，使这些组织变成橙色。Or基因突变对含有大量分裂细胞的组织有很大影响，其在幼叶、菜头、花蕾中表达量很高，导致类胡萝卜素主要积累在菜花的菜头和顶端芽部位，但是Or基因并不会直接影响类胡萝卜素生物合成的能力。将携带GUS标签的Or融合基因转入拟南芥，发现在富含前质体的顶芽和幼叶部位，GUS的表达量很高。因此，Or基因诱导类胡萝卜素增加，可能与Or的组织特异性表达有关，而Or基因在富含前质体或其他非绿色质体的组织（幼叶、菜头、花蕾）中表达量较高（Lietal.,2001;Luetal.,2006；李佩蓉，2014）。1.2Or基因功能研究研究发现，Or基因能显著提高主要粮食作物的类胡萝卜素含量。在白色菜花(Luetal.,2006)和马铃薯(Lopezetal.,2008)中过量表达BoOr基因能显著提升它们各自的类胡萝卜素含量，并且过量表达BoOr的植株体内用于积累类胡萝卜素的有色体数目显著增加，由此初步推测Or主要是通过诱发前质体或无色质体分化为有色体，从而起扩充类胡萝卜素库容的作用。随后，针对拟南芥Or基因(AtOr)的研究发现，在质体中，AtOr在转录后水平上调控类胡萝卜素合成限速酶PSY的活性，参与类胡萝卜素的生物合成(Zhouetal.,2015)。Wang等（2015）在苜蓿中过量表达IbOr，苜蓿的β-胡萝卜素、叶黄素、紫黄质的含量都明显增加。Park等（2015）在紫色甘薯品种中过量表达IbOr-Ins，甘薯贮藏根中类胡萝卜素水平显著提高，且类胡萝卜素水平与IbOr的转录水平呈正相关关系。在白玉米(Bermanetal.,2017)、水稻(Baietal.,2016)和番茄（Yazdanietal.,2018）中过量表达AtOr，植株的类胡萝卜素含量均显著提升。在甘薯和拟南芥中对Or蛋白的研究表明，Or蛋白能与PSY相互作用，起到分子伴侣的作用，Or蛋白能稳定热胁迫和过氧化氢胁迫下PSY的构象（Parketal.,2016）。除了与PSY蛋白相互作用外，OR蛋白还能与其他作用元件相结合。真核生物释放因子1(eRF1)是负责真核生物蛋白质生物合成终止的异二聚体复合物的一部分，同时也参与植物幼苗生长发育过程。在拟南芥和菜花中，OR蛋白能直接与eRF1-2相互作用，在Or突变体和BoeRF1RNAi干扰株系中，eRF1家族基因表达水平降低，在表型上出现叶柄长度增加（Zhouetal.,2011）。PsbP亚基是光系统Ⅱ（PSⅡ）的一个外周亚基，能维持Mn-Ca-Cl簇的活性，是水的光解反应所必须的。针对甘薯IbpsbP的研究发现，热胁迫下，IbOr能与IbpsbP相结合，阻止IbpsbP蛋白降解，维持植物体光合作用正常进行（Kangetal.,2017）。Or基因能诱导有色体的形成，它能限制质体分裂，使每个受影响的细胞内形成一个或两个大的有色体。Pftf基因是在红辣椒（Capsicumannuum）中参与有色体分化的基因（Hugueneyetal.,1995）。在Or基因突变体中，与有色体形成有关的BoPftf基因表达被上调，说明Or蛋白能提高有色体合成相关基因的活性。Lopez等用光学显微镜在过表达BoOr基因的转基因马铃薯块茎细胞中，观察到含有橙色色素的完整细胞器（Luetal.,2006）。野生型OR蛋白中单个氨基酸的突变能极大的促进类胡萝卜素的积累。Tzuri等（2015）在甜瓜(Cucumismelo)中发现一种携带单核苷酸多态性（SNP，被称为goldenSNP）的显性Or等位基因，这种SNP会将CmOr蛋白中的精氨酸（Arg）替换为组氨酸（His），并导致甜瓜中β-胡萝卜素的积累。随后，在拟南芥（Yuanetal.,2015）中过表达AtORHis(R90H)、SbORHis(R104H)、AtORAla(R90A)等基因，都能使拟南芥愈伤组织的类胡萝卜素含量显著增加。在番茄（Yazdanietal.,2018）中过量表达AtORHis，番茄果实中类胡萝卜素水平显著提高，同时改变番茄果肉的颜色，导致番茄早花。胡萝卜（Ellisonetal.,2018）Or基因中的碱基T替换为C，会导致亮氨酸的密码子TTG转换为丝氨酸的密码子TCG，促进β-胡萝卜素含量增加。过表达IbOr-R96H的甘薯贮藏根中，类胡萝卜素含量也显著增加，形成层周围呈现亮橙色（Kimetal.,2021）（图2-2）。图1-5NT,IbOr-WT和IbOr-R96H株系甘薯根横截面（Kimetal.,2021）Figure2-2cross-sectionsofstoragerootsofNT,IbOr-WTandIbOr-R96Hplants（Kimetal.,2021）1.3Or基因与植物抗逆性研究Or基因编码的DnaJ蛋白，富含半胱氨酸，能调节各种植物中的类胡萝卜素含量，增强植物对非生物胁迫的抗性。Kim等（2013）在甘薯（I.batatascv.Yulmi）中过表达IbOr-Wt基因和IbOr-Ins基因（在IbOr-Wt的第131位和第142位之间插入7个额外的氨基酸，KSPNPNL），不仅增加了转基因株系的类胡萝卜素含量，同时增强甘薯愈伤组织的抗氧化活性和抗盐能力。通过研究过量表达IbOr的转基因甘薯和拟南芥，发现IbOr具有分子伴侣的功能，在热胁迫和氧化胁迫下，能够通过稳定IbPSY和IbPsbP的构象（图2-3），增强植物的耐热性和抗氧化能力（Parketal.,2016;Kangetal.,2017）。过量表达IbOr-R96H的转基因甘薯愈伤组织对盐胁迫和热胁迫的耐受性增强（Kimetal.,2019）。此外，在苜蓿中过量表达IbOr基因，增强其对甲基紫精（MV）诱导的氧化胁迫的耐受性，同时提高植物的耐盐性和抗旱能力（Wangetal.,2015）。在烟草中过表达MsOr基因，显著增强烟草对干旱胁迫、高温胁迫、盐胁迫和MV诱导的氧化胁迫等各种非生物胁迫的耐受性（Wangetal