Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc điểm của các hạt cao su và sự kéo dài chuỗi cao su trong Taraxacum koksaghyz
Tóm tắt
Cao su tự nhiên là một loại sinh phẩm polymer có những tính chất đặc biệt mà không thể hoàn toàn thay thế bằng các lựa chọn tổng hợp. Mặc dù một số enzyme chính trong con đường tổng hợp cao su đã được tách chiết, chủ yếu từ các loài thực vật như Hevea brasiliensis, Ficus spec. và cây bụi sa mạc Parthenium argentatum, nhưng chưa có nghiên cứu chức năng in planta, chẳng hạn như qua RNA can thiệp, do không có các quy trình kỹ thuật di truyền hiệu quả và có thể tái lập. Trong khi đó, bồ công anh Nga Taraxacum koksaghyz, từ lâu đã được coi là một nguồn tiềm năng thay thế cho cao su tự nhiên với chi phí thấp, có chu kỳ sống nhanh và có thể được chuyển gen bằng một quy trình đơn giản và đáng tin cậy. Tuy nhiên, rất ít dữ liệu phân tử có sẵn cho cả polymer cao su và sự tổng hợp của nó trong T. koksaghyz. Chúng tôi đã thiết lập một phương pháp để tinh chế các hạt cao su - các vùng hoạt động của quá trình tổng hợp cao su - từ nhựa T. koksaghyz. Quang phổ tương quan photon và kính hiển vi điện tử truyền dẫn cho thấy kích thước hạt trung bình là 320 nm và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (NMR) xác nhận rằng các hạt cao su được tách chiết chứa poly(cis-1,4-isopren) với độ tinh khiết >95%. Sắc ký loại trừ kích thước chỉ ra rằng khối lượng phân tử trung bình (
w) của cao su tự nhiên T. koksaghyz là 4,000-5,000 kDa. Các hạt cao su cho thấy hoạt tính rubber transferase là 0.2 pmol min-1 mg-1. Các thí nghiệm tổng hợp cao su ex vivo dẫn đến sự phân bố đơn hình lệch của việc tích hợp [1-14C]isopentenyl pyrophosphate (IPP) ở một
w là 2,500 kDa. Đặc trưng của các CPT (cis-prenyltransferases) mới được tách chiết từ T. koksaghyz cho thấy rằng các enzyme này liên quan đến các hạt cao su và có khả năng sản xuất polyprenol chuỗi dài trong men. Các hạt cao su T. koksaghyz tương tự như những hạt được mô tả cho H. brasiliensis. Chúng chứa poly(cis-1,4-isopren) rất tinh khiết và khối lượng phân tử cao và quá trình kéo dài chuỗi có thể được nghiên cứu ex vivo. Bởi vì sự hiện diện của chúng trên các hạt cao su và hoạt động của chúng trong men, chúng tôi đề xuất rằng các CPT T. koksaghyz được mô tả gần đây là các enzyme chính kéo dài chuỗi cao su trong loài này. T. koksaghyz dễ tiếp cận cho phân tích di truyền và sửa đổi, do đó có thể được sử dụng như một loài mô hình cho việc điều tra và so sánh sự tổng hợp cao su.
Từ khóa
#Cao su tự nhiên #Taraxacum koksaghyz #enzym kéo dài chuỗi cao su #tổng hợp cao suTài liệu tham khảo
van Beilen JB, Poirier Y: Establishment of new crops for the production of natural rubber. Trends Biotechnol. 2007, 25: 522-529. 10.1016/j.tibtech.2007.08.009.
Ray DT: Guayule: A source of natural rubber. New Crops. Edited by: Janick J, Simon JE. 1993, Wiley New York, New York, 338-343.
Yagami A, Suzuki K, Saito H, Matsunaga K: Hev b 6.02 is the most important allergen in health care workers sensitized occupationally by natural rubber latex gloves. Allergol Int. 2009, 58: 347-355. 10.2332/allergolint.08-OA-0046.
Gomez JB, Hamzah S: Particle size distribution in Hevea latex - some observations on the electron microscopic method. J Nat Rubber Res. 1989, 4: 204-211.
Yeang HY, Yip E, Hamzah S: Characterization of zone 1 and zone 2 rubber particles in Hevea brasiliensis latex. J Nat Rubber Res. 1995, 10: 108-123.
Wood DF, Cornish K: Microstructure of purified rubber particles. Int J Plant Sci. 2000, 161: 435-445. 10.1086/314269.
Hasma H, Subramaniam A: Composition of lipids in latex of Hevea brasiliensis clone RRIM 501. J Nat Rubber Res. 1986, 1: 30-40.
Hasma H: Lipids associated with rubber particles and their possible role in mechanical stability of latex concentrates. J Nat Rubber Res. 1991, 6: 105-114.
Siler DJ, Goodrich-Tanrikulu M, Cornish K, Stafford AE, McKeon TA: Composition of rubber particles of Hevea brasiliensis, Parthenium argentatum, Ficus elastica, and Euphorbia lactiflua indicates unconventional surface structure. Plant Physiol Biochem. 1997, 35: 881-889.
Cornish K, Wood DF, Windle JJ: Rubber particles from four different species, examined by transmission electron microscopy and electron-paramagnetic- resonance spin labeling, are found to consist of a homogeneous rubber core enclosed by a contiguous, monolayer biomembrane. Planta. 1999, 210: 85-96. 10.1007/s004250050657.
Cornish K, Siler DJ, Grosjean OK, Godman N: Fundamental similarities in rubber particle architecture and function in three evolutionarily divergent plant species. J Nat Rubber Res. 1993, 8: 275-285.
Poulter CD, Rilling HC: Prenyltransferase - mechanism of reaction. Biochemistry. 1976, 15: 1079-1083. 10.1021/bi00650a019.
Poulter CD, Rilling HC: The prenyl transfer-reaction. Enzymatic and mechanistic studies of 1'-4 coupling reaction in the terpene biosynthetic-pathway. Acc Chem Res. 1978, 11: 307-313. 10.1021/ar50128a004.
Kharel Y, Koyama T: Molecular analysis of cis-prenyl chain elongating enzymes. Nat Prod Rep. 2003, 20: 111-118. 10.1039/b108934j.
Kharel Y, Zhang Y, Fujihashi M, Miki K, Koyama T: Identification of significant residues for homoallylic substrate binding of Micrococcus luteus B-P 26 undecaprenyl diphosphate synthase. J Biol Chem. 2001, 276: 28459-28464. 10.1074/jbc.M102057200.
Sato M, Sato K, Nishikawa S, Hirata A, Kato J, Nakano A: The yeast RER2 gene, identified by endoplasmic reticulum protein localization mutations, encodes cis-prenyltransferase, a key enzyme in dolichol synthesis. Mol Cell Biol. 1999, 19: 471-483.
Jones J, Viswanathan K, Krag SS, Betenbaugh MJ: Polyprenyl lipid synthesis in mammalian cells expressing human cis-prenyltransferase. Biochem Biophys Res Commun. 2005, 331: 379-383. 10.1016/j.bbrc.2005.03.181.
Light DR, Dennis MS: Purification of a prenyltransferase that elongates cis-polyisoprene rubber from the latex of Hevea brasiliensis. J Biol Chem. 1989, 264: 18589-18597.
Siler DJ, Cornish K: A protein from Ficus elastica rubber particles is related to proteins from Hevea brasiliensis and Parthenium argentatum. Phytochemistry. 1993, 32: 1097-1102. 10.1016/S0031-9422(00)95072-6.
Cornish K, Siler DJ, Grosjean O: Immunoinhibition of rubber particle-bound cis-prenyltransferases in Ficus elastica and Parthenium argentatum. Phytochemistry. 1994, 35: 1425-10.1016/S0031-9422(00)86868-5.
Cornish K, Siler DJ: Characterization of cis-prenyltransferase activity localized in a buoyant fraction of rubber particles from Ficus elastica latex. Plant Physiol Biochem. 1996, 34: 334-377.
Kang H, Soo Kim Y, Chung GC: Characterization of natural rubber biosynthesis in Ficus benghalensis. Plant Physiol Biochem. 2000, 38: 979-987. 10.1016/S0981-9428(00)01204-3.
Sato M, Fujisaki S, Sato K, Nishimura Y, Nakano A: Yeast Saccharomyces cerevisiae has two cis-prenyltransferases with different properties and localizations. Implication for their distinct physiological roles in dolichol synthesis. Genes Cells. 2001, 6: 495-506. 10.1046/j.1365-2443.2001.00438.x.
Oh SK, Han K, Ryu SB, Kang H: Molecular cloning, expression, and functional analysis of a cis-prenyltransferase from Arabidopsis thaliana. J Biol Chem. 2000, 275: 18482-18488. 10.1074/jbc.M002000200.
Asawatreratanakul K, Zhang Y, Wititsuwannakul D, Wititsuwannakul R, Takahashi S, Rattanapittayaporn A, Koyama T: Molecular cloning, expression and characterization of cD3A encoding cis-prenyltransferases from Hevea brasiliensis . Eur J Biochem. 2003, 270: 4671-4680. 10.1046/j.1432-1033.2003.03863.x.
Berndt J: The biosynthesis of rubber. US Government Res Rep AD-601. 1963, 729-
Cornish K, Backhaus RA: Rubber transferase activity in rubber particles of guayule. Phytochemistry. 1990, 29: 3809-3813. 10.1016/0031-9422(90)85337-F.
Cornish K, Siler DJ: Effect of different allylic diphosphates on the initiation of new rubber molecules and on cis-1,4-polyisoprene biosynthesis in guayule (Parthenium argentatum Gray). J Plant Physiol. 1995, 147: 301-305.
Singh AP, Wi SG, Chung GC, Kim YS, Kang H: The micromorphology and protein characterization of rubber particles in Ficus carica, Ficus benghalensis and Hevea brasiliensis. J Exp Bot. 2003, 54: 985-992. 10.1093/jxb/erg107.
Matzelle T, Reichelt R: Review: Hydro, micro- and nanogels studied by complementary measurements based on SEM and SFM. Acta Microscopica. 2008, 17: 45-61.
Suomela H: On the possibilities of growing Taraxacum kok-saghyz in Finland. 1950, National Agricultural Experimental Publications (valtion maatalous koetoiminnan julkaisuja), Helsinki
Duch MW, Grant DM: Carbon-13 chemical shift studies of the 1,4-polybutadienes and the 1,4-polyisoprenes. Macromolecules. 1970, 3: 165-174. 10.1021/ma60014a010.
Kang H, Kang MY, Han K: Identification of natural rubber and characterization of rubber biosynthetic activity in fig tree. Plant Physiol. 2000, 123: 1133-1142. 10.1104/pp.123.3.1133.
Cornish K: Similarities and differences in rubber biochemistry among plant species. Phytochemistry. 2001, 57: 1123-1134. 10.1016/S0031-9422(01)00097-8.
da Costa BMT: Regulation of rubber biosynthetic rate and molecular weight in Hevea brasiliensis by metal cofactor. Biomacromolecules. 2005, 6: 279-10.1021/bm049606w.
Scott DJ, da Costa BMT, Espy SC, Keasling JD, Cornish K: Activation and inhibition of rubber transferases by metal cofactors and pyrophosphate substrates. Phytochemistry. 2003, 64: 123-134. 10.1016/S0031-9422(03)00266-8.
Tangpakdee J, Tanaka Y, Ogura K, Koyama T, Wititsuwannakul R, Wititsuwannakul D: Rubber formation by fresh bottom fraction of Hevea latex. Phytochemistry. 1997, 45: 269-274. 10.1016/S0031-9422(96)00838-2.
Schmidt T, Hillebrand A, Wurbs D, Wahler D, Lenders M, Schulze Gronover C, Prüfer D: Molecular cloning and characterization of rubber biosynthetic genes from Taraxacum koksaghyz . Plant Mol Biol Rep. doi.org/10.1007/s11105-009-0145-9
Archer BL, Audley BG, Cockbain EG, McSweeny GP: The biosynthesis of rubber - incorporation of mevalonate and isopentenyl pyrophosphate into rubber by Hevea brasiliensis -latex fractions. Biochem J. 1963, 89: 565-574.
McMullen AI, McSweeny GP: The biosynthesis of rubber: Incorporation of isopentenyl pyrophosphate into purified rubber particles by a soluble latex serum enzyme. Biochem J. 1966, 101: 42-
Lynen F: Biosynthetic pathways from acetate to natural products. Pure Appl Chem. 1967, 14: 137-167. 10.1351/pac196714010137.
Lepetit M, Ehling M, Gigot C, Hahne G: An internal standard improves the reliability of transient expression studies in plant protoplasts. Plant Cell Rep. 1991, 10: 401-405. 10.1007/BF00232611.
Wititsuwannakul D, Rattanapittayaporn A, Koyama T, Wititsuwannakul R: Involvement of Hevea latex organelle membrane proteins in the rubber biosynthesis activity and regulatory function. Macromol Biosci. 2004, 4: 314-323. 10.1002/mabi.200300080.
Fujii H, Koyama T, Ogura K: Efficient enzymatic hydrolysis of polyprenyl pyrophosphates. Biochim Biophys Acta - Lipids and Lipid Metabolism. 1982, 712: 716-718. 10.1016/0005-2760(82)90304-6.
Wahler D, Schulze Gronover C, Richter C, Foucu F, Twyman RM, Moerschbacher BM, Fischer R, Muth J, Prüfer D: Polyphenoloxidase silencing affects latex coagulation in Taraxacum spp. Plant Physiol. 2009, 151: 334-346. 10.1104/pp.109.138743.
Toepfer R, Matzeit V, Gronenborn B, Schell J, Steinbiss H: A set of plant expression vectors for transcriptional and translational fusions. Nucl Acids Res. 1987, 15: 5890-10.1093/nar/15.14.5890.
Bradford MM: A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976, 72: 248-254. 10.1016/0003-2697(76)90527-3.
Towbin H, Staehelin T, Gordon J: Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: Procedure and some applications. Proc Natl Acad Sci USA. 1979, 76: 4350-4354. 10.1073/pnas.76.9.4350.
Gietz D, Jean AS, Woods RA, Schiestl RH: Improved method for high efficiency transformation of intact yeast cells. Nucl Acids Res. 1992, 20: 1425-10.1093/nar/20.6.1425.
Baerends RJS, Faber KN, Kram AM, Kiel JAKW, Klei van der IJ, Veenhuis M: A stretch of positively charged amino acids at the 3 terminus of Hansenula polymorpha Pex3p is involved in incorporation of the protein into the peroxisomal membrane. J Biol Chem. 2000, 275: 9986-9995. 10.1074/jbc.275.14.9986.
Negrutiu I, Shillito R, Potrykus I, Biasini G, Sala F: Hybrid genes in the analysis of transformation conditions. Plant Mol Biol. 1987, 8: 363-373. 10.1007/BF00015814.
Jefferson RA, Kavanagh TA, Bevan MW: GUS fusions - beta-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher-plants. EMBO J. 1987, 6: 3901-3907.