Page 91 - 《广西植物》2025年第7期

７ 期 朱博为等: 巴西蕉 ＭａＣＭＯ 和 ＭａＢＡＤＨ 原核表达体系筛选及纯化 １ ２ ８ ３

( １. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙꎬ Ｈａｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｈａｉｋｏｕ ５７０２２８ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐｓ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｈａｉｋｏｕ ５７１１０１ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ３. Ｃｈａｎｇｌｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆ Ｆｒｕｉｔ Ｔｒｅｅｓꎬ Ｈｅｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｃｈａｎｇｌｉ ０６６６００ꎬ Ｈｅｂｅｉꎬ Ｃｈｉｎａ )

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｃｈｏｌｉｎｅ ｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ (ＣＭＯ) ａｎｄ ｂｅｔａｉｎｅ ａｌｄｅｈｙｄｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ (ＢＡＤＨ) ａｒｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ￣ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｅｎｚｙｍｅ
ａｎｄ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬ ｉｎ ｔｈｅ ｇｌｙｃｉｎｅ ｂｅｔａｉｎｅ ( ＧＢ) ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐａｔｈｗａｙ ｉｎ ｂａｎａｎａ. Ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ
ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ＣＭＯ ａｎｄ ＢＡＤＨ ｇｅｎｅｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａ ａｎｄ Ｂ ｇｅｎｏｍｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｎａｎａ ｇｅｎｏｔｙｐｅｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ. Ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＭＯ
ａｎｄ ＢＡＤＨ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ａ ａｎｄ Ｂ ｇｅｎｏｍｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｌｅｖｅｌꎬ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃｌｏｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ
ＭａＣＭＯ ａｎｄ ＭａＢＡＤＨ ｆｒｏｍ Ｍｕｓａ ａｃｕｍｉｎａｔａ Ｌ. ＡＡＡ ｇｒｏｕｐꎬ ｃｖ. Ｃａｖｅｎｄｉｓｈ. Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ. Ｔｈｅ ｐｒｏｋａｒｙｏｔｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ ｐＥＴ２８ａ￣ＭａＣＭＯ ａｎｄ ｐＥＴ２８ａ￣ＭａＢＡＤＨ ｗｅｒｅ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ＢＬ２１(ＤＥ３). Ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａｃｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗｅｒｅ
ｓｃｒｅｅｎｅｄꎬ ａｎｄ ｎｉｃｋｅｌ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｆｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１)
ＭａＣＭＯ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｔｈｅ Ｒｉｅｓｋｅ￣ｔｙｐｅ [２Ｆｅ￣２Ｓ] ｄｏｍａｉｎ ａｎｄ ｉｒｏｎ￣ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｔｙｐｉｃａｌ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎａｓｅ ｆａｍｉｌｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓꎬ ｗｈｉｌｅ
ＭａＢＡＤＨ ｈａｒｂｏｒｓ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｄｅｃａｐｅｐｔｉｄｅ ｍｏｔｉｆ ｏｆ ａｌｄｅｈｙｄｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ. (２) ＭａＣＭＯ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ４２５ ａｍｉｎｏ
ａｃｉｄｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｏｆ ４７.４８ ｋＤａꎬ ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ ａ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙ ｒａｎｄｏｍ ｃｏｉｌ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎻ ＭａＢＡＤＨ ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ５０５ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ (５５.１０ ｋＤａ)ꎬ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ａｎ α￣ｈｅｌｉｘ￣ｒｉｃｈ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ
ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ. (３) Ｉｎ ｔｈｅ ＢＬ２１(ＤＥ３) ｐｒｏｋａｒｙｏｔｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍꎬ ＭａＣＭＯ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎａｃｔｉｖｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｂｏｄｉｅｓ ｕｎｄｅｒ
￣１
ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｔ ２８ ℃ ｆｏｒ １８ ｈ ｗｉｔｈ ０.５ ｍｍｏｌＬ ＩＰＴＧꎬ ｗｈｅｒｅａｓ ＭａＢＡＤＨ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｍａｘｉｍａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｉｎ
￣１
ａｔ ３７ ℃ ｆｏｒ １２ ｈ ｗｉｔｈ ０.１ ｍｍｏｌＬ ＩＰＴＧ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｐｕｒｉｆｉｅｄ ｖｉａ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ. Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎꎬ
ｔｈｅ ＢＬ２１(ＤＥ３) ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｐｒｅｓｓｅｓ ＭａＣＭＯ ａｓ ｉｎａｃｔｉｖｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｂｕｔ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ＭａＢＡＤＨ. Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ
ａ ｐｒｏｔｅｉｎ￣ｌｅｖｅｌ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｅｌｕｃｉｄａｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＭＯ ａｎｄ ＢＡＤＨ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ａ ａｎｄ Ｂ
ｇｅｎｏｍｅｓ ｉｎ ｂａｎａｎａｓ ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｓｉｇｈｔｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ ｇｅｎｅｓ ａｃｒｏｓｓ
ｐｌａｎｔ ｇｅｎｏｍｅｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｂｒａｚｉｌｉａｎ ｂａｎａｎａꎬ ｃｈｏｌｉｎｅ ｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅꎬ ｂｅｔａｉｎｅ ａｌｄｅｈｙｄｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅꎬ ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ ｃｌｏｎｉｎｇꎬ
ｐｒｏｋａｒｙｏｔｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ

生产上适宜香蕉(Ｍｕｓａ ｓｐｐ.)种植的地区大多 碱 醛 脱 氢 酶 ( ｂｅｔａｉｎｅ ａｌｄｅｈｙｄｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅꎬ
存在高温少雨、土地盐碱化等现象ꎬ由此引起的干 ＢＡＤＨ)分别是 ＧＢ 合成过程中的限速酶和关键酶
旱、高盐等非生物逆境严重阻碍香蕉产业可持续 (Ｈｉｂｉｎｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００２)ꎬ胆碱在 ＣＭＯ 催化下氧化为
发 展 ( Ｍｕｒａｌｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００５ )ꎮ 巴 西 蕉 ( Ｍｕｓａ 甜菜碱 醛ꎬ 甜 菜 碱 醛 在 ＢＡＤＨ 催 化 下 最 终 合 成
ａｃｕｍｉｎａｔａ Ｌ. ＡＡＡ ｇｒｏｕｐꎬ ｃｖ. Ｃａｖｅｎｄｉｓｈ) 作为栽培 ＧＢꎬ被合 成 后 不 会 再 被 进 一 步 代 谢 ( Ｈａｎｓｏｎ ＆
范围最广泛的香蕉品种ꎬ在生产栽培过程中易遭 Ｗｙｓｅꎬ １９８２ )ꎮ 植 物 ＣＭＯ 属 于 加 氧 酶 超 家 族
受渗透胁迫的影响( 谢江辉ꎬ２０１９)ꎮ 甘氨酸甜菜 Ｒｉｅｓｋｅ 型加氧酶家族成员ꎬＣＭＯ 是该家族唯一不
碱(ｇｌｙｃｉｎｅ ｂｅｔａｉｎｅꎬＧＢ) 作为一种优良的有机溶剂 参与叶绿素降解的成员ꎬ并且 ＣＭＯ 蛋白仅在植物

(Ｐａｒａｊó ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９)ꎬ在植物体内合成路径简单ꎬ 中存 在 ( Ｍｉｔｃｈｅｌｌ ＆ Ｗｅｎｇꎬ ２０１９)ꎮ Ｂｒｏｕｑｕｉｓｓｅ 等
不易发生代谢ꎬ容易被植物吸收ꎬ是一种高效的渗 (１９８９)首次在菠菜( Ｓｐｉｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａ) 叶绿体中分
透调节物质( 张天鹏和杨兴洪ꎬ２０１７)ꎮ 在逆境条 离出 ＣＭＯ 蛋白ꎬ克隆到 ＣＭＯ 基因并认为 ＣＭＯ 属
件下ꎬＧＢ 可作为有机渗透保护剂调控细胞渗透压 于单编码基因ꎮ ＣＭＯ 是具有 Ｒｉｅｓｋｅ 型 [２Ｆｅ￣２Ｓ]
(Ｃｈｅｎ ＆ Ｍｕｒａｔａꎬ ２０１１)ꎻ稳定细胞内蛋白质空间 和单核非血红素铁中心的单加氧酶ꎬ其分子内部
结构与功能( Ａｎｎｕｎｚｉａｔａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９)ꎻ保护叶绿 具有 Ｆｅ￣Ｓ 中心ꎬ通过催化不可逆的羟基化反应利
体ꎬ稳定植物光合作用(Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２０)ꎮ 高等 用分子氧和还原铁氧还蛋白提供的电子将胆碱氧
植物中ꎬＧＢ 的生物合成通过酶促反应来完成ꎬ胆 化成甜菜碱醛(Ｃａｒｒｉｌｌｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎮ 植物 ＢＡＤＨ
碱单加氧酶( ｃｈｏｌｉｎｅ ｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅꎬ ＣＭＯ) 和甜菜 属于 ＡＤＬＨ 超 家 族 第 １０ 家 族 的 成 员 ( Ｓｏｐｈｏｓ ＆