Sucrose là gì? Các công bố khoa học về Sucrose

Chuyển hóa sucrose đóng những vai trò then chốt trong phát triển, phản ứng căng thẳng, và hình thành năng suất, chủ yếu bằng cách tạo ra một loạt các loại đường như là các chất chuyển hóa để cung cấp năng lượng cho sự phát triển và tổng hợp các hợp chất thiết yếu (bao gồm protein, cellulose, và tinh bột) và như là các tín hiệu để điều chỉnh sự biểu hiện của microRNA, các yếu tố phiên mã, và các gen khác và để tương tác với tín hiệu hormone, oxy hóa, và phòng thủ. Bài tổng quan này nhằm thu thập những phát triển hấp dẫn nhất trong lĩnh vực này bằng cách đánh giá (a) vai trò của các enzyme chuyển hóa sucrose then chốt trong sự phát triển, phản ứng căng thẳng phi sinh học, và các tương tác giữa thực vật và vi sinh vật; (b) sự kết nối giữa chuyển hóa sucrose và tín hiệu đường từ không gian ngoại bào đến nội bào; (c) các cơ chế khác nhau mà enzyme chuyển hóa sucrose có thể thực hiện vai trò tín hiệu của chúng; và (d) sự tiến bộ trong kỹ thuật chuyển hóa đường và vận chuyển để đạt năng suất cao và kháng bệnh. Cuối cùng, bài tổng quan vạch ra hướng nghiên cứu tương lai đối với chuyển hóa và tín hiệu đường để hiểu rõ và cải thiện hiệu suất thực vật.

Một phương pháp mới được trình bày, trong đó sắc ký khí kết hợp với khối phổ (GC–MS) cho phép phát hiện định lượng và định tính hơn 150 hợp chất trong củ khoai tây, với độ nhạy và tính đặc trưng cao. Trái ngược với các phương pháp khác được phát triển để phân tích chuyển hóa trong hệ thống thực vật, phương pháp này đại diện cho một cách tiếp cận không thiên vị và mở để phát hiện những thay đổi bất ngờ trong mức độ chuyển hóa. Mặc dù phương pháp này là sự thỏa hiệp cho một loạt các chất chuyển hóa về mặt chiết xuất, biến đổi hóa học và phân tích GC–MS, nhưng đối với 25 hợp chất chuyển hóa được phân tích chi tiết, tỷ lệ thu hồi được tìm thấy nằm trong khoảng được chấp nhận chung là 70–140%. Hơn nữa, tính tái lập của phương pháp rất cao: sai số xảy ra trong các quy trình phân tích được tìm thấy là dưới 6% cho 30 trong số 33 hợp chất được thử nghiệm. Sự biến đổi sinh học vượt quá sai số hệ thống của phân tích với tỷ lệ lên đến 10 lần. Phương pháp này cũng phù hợp cho việc mở rộng quy mô, có khả năng cho phép phân tích đồng thời một số lượng lớn mẫu. Như một ví dụ đầu tiên, phương pháp này đã được áp dụng cho củ khoai tây trồng trong đất và in vitro. Do phân tích đồng thời một loạt các chất chuyển hóa, điều rõ ràng ngay lập tức là các hệ thống này khác biệt đáng kể về mặt chuyển hóa. Hơn nữa, việc nhận biết song song nhiều đường dẫn cho phép rút ra một số kết luận về sự khác biệt sinh lý cơ bản giữa hai hệ thống củ này. Như một ví dụ thứ hai, các dòng biến đổi gen được sửa đổi trong chuyển hóa sucrose hoặc tổng hợp tinh bột đã được phân tích. Ví dụ này minh họa sức mạnh của một cách tiếp cận không thiên vị trong việc phát hiện những thay đổi bất ngờ trong các dòng biến đổi gen.

Béo phì và tiểu đường tuýp 2 đang diễn ra với tỷ lệ dịch bệnh ở Hoa Kỳ và nhiều khu vực khác trên thế giới. "Dịch béo phì" dường như đã xuất hiện chủ yếu từ các thay đổi trong chế độ ăn uống của chúng ta và sự giảm hoạt động thể chất. Một thay đổi trong chế độ ăn quan trọng nhưng ít được đánh giá cao đã là sự gia tăng đáng kể lượng tiêu thụ fructose từ việc tiêu thụ sucrose và siro ngô có hàm lượng fructose cao, một chất làm ngọt phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Một dòng fructose cao vào gan, cơ quan chính có khả năng chuyển hóa carbohydrate đơn giản này, gây rối loạn chuyển hóa glucose và các con đường tiếp nhận glucose, và dẫn đến tăng đáng kể tốc độ tổng hợp lipogenesis và triglyceride (de novo) do dòng fructose cao. Sự rối loạn chuyển hóa này dường như là nguyên nhân gây nên tình trạng kháng insulin thường được quan sát thấy với việc ăn fructose cao trong cả người và mô hình động vật. Các trạng thái kháng insulin do fructose gây ra thường được đặc trưng bởi bệnh dyslipidemia chuyển hóa sâu sắc, vốn dường như bắt nguồn từ sản xuất quá mức các hạt lipoprotein gây xơ vữa động mạch từ gan và ruột. Do đó, những bằng chứng mới nổi từ nghiên cứu dịch tễ và sinh hóa gần đây rõ ràng cho thấy rằng việc tiêu thụ fructose trong chế độ ăn uống cao đã nhanh chóng trở thành một yếu tố gây nên tình trạng hội chứng chuyển hóa. Có một nhu cầu cấp thiết để tăng cường sự nhận thức của công chúng về những rủi ro liên quan đến việc tiêu thụ fructose cao và cần có những nỗ lực lớn hơn để hạn chế việc bổ sung thực phẩm đóng gói với các phụ gia fructose cao. Bài báo này sẽ thảo luận về các xu hướng tiêu thụ fructose, hậu quả chuyển hóa của việc tăng cường tiêu thụ fructose, và các cơ chế phân tử dẫn đến việc gây nên lipogenesis, kháng insulin và bệnh dyslipidemia chuyển hóa do fructose.

Sự tích lũy anthocyanin do đường gây ra đã được quan sát ở nhiều loài thực vật. Chúng tôi nhận thấy rằng sucrose (Suc) là chất thúc đẩy mạnh nhất cho quá trình sinh tổng hợp anthocyanin trong cây giống Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Các loại đường khác và kiểm soát áp suất thẩm thấu ít hiệu quả hoặc không hiệu quả. Phân tích sự tích lũy anthocyanin do Suc trong 43 quần thể Arabidopsis cho thấy biến đổi tự nhiên đáng kể đối với đặc điểm này. Quần thể Cape Verde Islands (Cvi) thực chất không phản ứng với Suc, trong khi Landsberg erecta là trung gian. Quần thể dòng giao thoa tái tổ hợp Landsberg erecta/Cvi được sử dụng trong phân tích chỉ số tính trạng định lượng cho sự tích lũy anthocyanin do Suc (SIAA). Tổng cộng bốn chỉ số tính trạng định lượng cho SIAA được xác định theo cách này. Vị trí có đóng góp lớn nhất cho đặc điểm, SIAA1, được định vị chi tiết và thông qua phương pháp gen ứng cử viên, việc chỉ ra rằng gen MYB75/PAP1 mã hóa SIAA1. Nghiên cứu bổ sung gen di truyền và phân tích đột biến knockout tạo ra trong phòng thí nghiệm trên gen này đã xác nhận kết luận này. Nồng độ Suc phụ thuộc cách thức kích thích sự tích lũy mRNA MYB75/PAP1. Hơn nữa, MYB75/PAP1 là cần thiết cho biểu hiện trung gian Suc của gen dihydroflavonol reductase. Vị trí SIAA1 trong Cvi có thể là một alen MYB75/PAP1 yếu hoặc bị mất chức năng. Quần thể C24 tương tự cho thấy phản hồi rất yếu đối với sự tích lũy anthocyanin do Suc mã hóa bởi cùng vị trí này. Phân tích trình tự cho thấy rằng quần thể Cvi và C24 chứa các đột biến bên trong và phía hạ lưu của miền liên kết DNA của protein MYB75/PAP1, điều này có khả năng gây mất hoạt động.

Cho đến nay, một số lượng lớn các chuỗi protein kinase thuộc gia đình protein kinase liên quan đến sucrose nonfermenting1 (SnRK2) đã được tìm thấy trong cơ sở dữ liệu. Tuy nhiên, chỉ có một số lượng giới hạn các thành viên trong gia đình đã được mô tả đặc điểm và gắn liền với tín hiệu axit abscisic (ABA) và căng thẳng thẩm thấu cao. Chúng tôi đã xác định được 10 protein kinase SnRK2 mã hóa bởi bộ gen của gạo (Oryza sativa). Mỗi thành viên trong số 10 thành viên này được biểu hiện trong tế bào chất của tế bào nuôi cấy và quy định của chúng đã được phân tích. Tại đây, chúng tôi chứng minh rằng tất cả các thành viên trong gia đình đều được kích hoạt bởi căng thẳng thẩm thấu cao và ba trong số đó cũng được kích hoạt bởi ABA. Đáng ngạc nhiên là không có thành viên nào chỉ được kích hoạt bởi ABA. Việc kích hoạt được tìm thấy là thông qua quá trình phosphoryl hóa. Bên cạnh sự phân biệt chức năng liên quan đến quy định ABA, sự phụ thuộc vào căng thẳng thẩm thấu mạnh cũng khác nhau giữa các thành viên. Chúng tôi cho thấy rằng phần đuôi C tương đối khác biệt là nguyên nhân chính cho sự phân biệt chức năng này, mặc dù phần kinase cũng đóng góp cho những khác biệt này. Kết quả này chỉ ra rằng gia đình protein kinase SnRK2 đã tiến hóa đặc biệt cho tín hiệu căng thẳng thẩm thấu cao và rằng các thành viên cá nhân đã có được những tính chất điều tiết đặc biệt, bao gồm cả phản ứng ABA bằng cách điều chỉnh phần đuôi C.