脂氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase,HPL)，是植物脂氧化途径中脂氧合酶 (lipoxygenase,LOX)下游的酶,通过催化LOX的产物不饱和脂肪酸裂解，生成草酸和挥发性醛，其中一些醛类化合物是许多水果和蔬菜香气的组成部分。另外HPL也与植物防御有关系,通过 LOX/AOS 支路，生成茉莉酸，能激活植物防御系统中相关基因的转录。蔷薇科物种种类繁多，包含苹果、梨、桃等重要果树，但缺少对于HPL基因家族的系统分析。以拟南芥HPL基因检索各蔷薇科物种基因库，鉴定确定了HPL基因共31条，其中白梨6条，苹果4条，桃3条，草莓5条，西洋梨4条，黑树莓6条，梅3条，系统进化树显示HPL基因家族分为三个亚族，9个节点M0模型的ω都远小于1，平均数为0.1748，共线性分析结果显示梨、桃和梅HPL基因间存在较强的共线性关系。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1 基因组水平上鉴定蔷薇科物种和拟南芥HPL基因 2
1.1蔷薇科物种和拟南芥HPL基因序列结构分析3
1.3 蔷薇科物种和拟南芥HPL基因的系统进化分析 3
1.4正选择作用分析3
1.5共线性分析3
1.6 HPL基因表达分析3
2 结果与分析4
2．1蔷薇科物种中HPL基因的鉴定4
2．2蔷薇科物种和拟南芥HPL基因序列结构分析5
2．3蔷薇科物种HPL基因家族系统发生分析 6
2．4正选择作用分析7
2．5共线性分析9
2．6 HPL基因表达分析9
讨论10
致谢11
参考文献11
蔷薇科物种脂氢过氧化物裂解酶（HPL）基因家族的
鉴定和特性分析
引言
蔷薇科物种种类繁多，包含苹果、梨、桃等重要果树，产值和种植面积在世界果树中均居前列，其中苹果和梨在中国果园总面积和总产量中分别位居第二第三位，蔷薇科约有124属3300余种，富于经济价值，在全球均有分布并且包含主要 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
的温带果品，如苹果、海棠、梨、桃、李、杏、梅、樱桃、枇杷、山楂、草莓和树莓等，在世界市场上具有重要的经济意义。随着全球经济的快速发展，水果产量不断提高，人们越来越注重水果品质，尤其是风味。水果风味是一种基因和生物化学上高度复杂的特性，涉及糖、酸和香气的相互作用。香气作为风味的重要组成部分，正受到越来越多的重视。水果香气是由1000多种挥发性化合物组成的复杂混合物，包括酯类、醛类、萜烯类、醇类、羰基类和一些硫类化合物[1,2]，各香气成分的种类和相对比例决定了不同水果的特定香气。
目前研究表明植物风味挥发物(如酯类、醇类和醛类)主要来源于饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。直链醇、醛、酮、酸、酯、内酯类这些都是从脂肪酸中提取出来的非挥发性前体，对大多数水果和蔬菜的味道非常重要。他们基本上是通过两个代谢途径形成的:(1) β氧化和(2)LOX途径，LOX途径通过脂氧合酶(LOX)、过氧化氢裂解酶(HPL)、醇脱氢酶(ADH)和醇乙酰转移酶(AAT)[3]四种酶形成饱和和不饱和C6和C9醛。
1976年Brady A.Vick首次从西瓜幼苗中发现脂氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase,HPL) [4]。HPL通过催化LOX的反应产物——脂氢过氧化物裂解生成短链醛 (醇)和C12含氧酸，其中就包含许多水果和蔬菜香气的组成部分，从而影响果实的风味。作为脂氧合酶的代谢途径的一部分，HPL在引发植物防御中起着核心作用, 与植物的抗病虫、抗伤害、抗逆反应和贮藏、老化等生理进程有关, 通过 LOX/AOS 支路，生成在植物体内具有广泛调控作用的植物重要信号分子——茉莉酸，激活植物防御系统中相关基因的转录[5]。HPL的cDNA全长序列由Matsui[6]等于1996年首先从辣椒中得到，后来人们陆续从拟南芥[7]、黄瓜[8]和马铃薯[9]等多种植物中得到了HPLcDNA。
研究表明脂氢过氧化物裂解酶属于细胞色素P450(CytP450)类蛋白质家族的CYP74亚家族，CytP450是血红素铁硫蛋白的一种，以CytP450 还原酶、分子氧作为辅助因子，分子量约为40~60kD，最适pH在5.0~7.0。植物HPL裂解LOX产物脂氢过氧化物生成六碳醛和十二碳含氧酸，能参与抗病虫反应，作为植物特异气味的主要成分或前体和作为信号分子参与植物伤口应激反应等[10],在植物生长发育中具有重要的生理功能。
根据底物过氧基位置的差异HPL可分为9HPL和13HPL，CYP74酶的CYP74C亚群由许多植物物种的9/13HPLs组成。这些HPLs产生短链醛(C6或C9)和相应的C12或C9草酸,挥发性醛类赋予鲜花和水果芳香。9/13HPLs已在许多与人类消费相关的作物中被发现，如黄瓜[1112] 、茶叶[13]、葡萄 [14]、和苹果[15]。13HPLs (CYP74B)可以催化亚油酸或亚油酸衍生的13HPOD/T的裂解，从而产生C6 GLVs。GLVs是一类来源于多不饱和脂肪酸氧化的生物活性氧化脂类，是陆地植物中常见的挥发性有机化合物(VOCs)[16]。植物释放GLVs是为了生物胁迫(如食草动物)和非生物胁迫(如臭氧)[17]。例如，与非转基因植物相比，能够产生更多(Z)3己烯醛的转基因植物通过吸引天敌表现出对草食动物的抗性增强，通过抑制真菌的生长表现出对真菌的抗性增强[18]。值得注意的是，GLVs已被发现将被食草动物攻击破坏的植物(番茄)的分子能传递给未被破坏的植物，其中(Z)3己酮1醇被吸收并以水溶性双苷的形式储存 [19]。C6挥发物也可以作为信号分子，诱导防御基因[20]或产生创伤激素参与伤口愈合[21]
本研究为了发掘蔷薇科物种中HPL家族的结构和进化历程，加深对于香气重要基因HPL的了解，本研究特设计如下实验：拟以蔷薇科物种中白梨(Pyrus bretschneider)[22]、苹果(Malus domestica)[23]、桃(Prunus persicaa)[24]、草莓(Fragaria_vesca)[25]、西洋梨(Pyrus communis)[26]、黑树莓(Rubus occidentails)[27]和梅(Prunus mume)[28]为研究对象；通过对已获得的植物HPL结构域的检索，鉴定蔷薇科基因组内的HPL基因，并分析蔷薇科HPL基因的基本结构；对蔷薇科HPL基因所编码的蛋白质进行多序列联配，使用拟南芥作为外群，构建系统发生树，比较蔷薇科HPL基因之间的进化关系；分析了蔷薇科HPL基因的功能性分歧和正选择作用，鉴定了不同物种HPL基因之间的共线性关系，并且分析了白梨和苹果HPL基因的表达情况。

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