全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2010, 37 (1) : 141 - 150
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2009 - 07 - 01; 修回日期 : 2009 - 09 - 26
基金项目 : 黑龙江省留学归国人员科学基金项目 (LC08C07)3 E2mail: junwang1966@ yahoo1com1cn
葡萄次生代谢 UDP -糖基转移酶研究进展
王　军 1, 23 , 于　淼 2
(1林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室 , 哈尔滨 150040; 2 东北林业大学林学院 , 哈尔滨 150040)
摘 　要 : UDP -糖基转移酶催化糖基转移反应 , 将糖基从活化的供体分子转移到受体分子上 , 从而调
节受体分子在细胞内和机体内的性质 , 如生物活性、溶解性、可转运性。糖苷化是葡萄次生代谢很普遍的
修饰反应 , 在次生代谢产物合成、贮存方面发挥重要功能。综述了与葡萄次生代谢产物生物合成相关的
UDP -糖基转移酶的生化及分子生物学研究进展 , 并对今后这一领域需要进一步研究的问题作了讨论。
关键词 : 葡萄 ; 次生代谢 ; UDP -糖基转移酶 ; 生化及分子生物学
中图分类号 : S 66311; Q 94615　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2010) 0120141210
Research Progress on UD P2glycosyltran sfera ses in Grape Secondary M eta2
bolism Pa thway
WANG Jun1, 23 and YU M iao2
(1 Key L aboratory of Forest Tree Genetic Im provem ent and B iotechnology of M inistry of Education, Harbin 150040, Ch ina;
2 College of Forestry, N ortheast Forestry U niversity, Harbin 150040, Ch ina)
Abstract: U ridine diphosphate (UDP) glycosyltransferases (UGTs) catalyze the transfer of glycosyl
residues from activated nucleotide sugars to a wide range of accep tor molecules ( aglycones) , thus regulating
p roperties of the accep tors, such as bioactivity, solubility and transport within the cell and throughout the
organism. Glycosylation is a widesp read modification in grape secondary metabolism pathway. It is involved in
various functions, including the biosynthesis and storage of secondary compounds. Here, we highlight recent
p rogress in biochem istry and molecular biology characteristics of UGTs in grape secondary metabolism
pathway. The p rospect for further research of these glycosyltransferases was also discussed.
Key words: grape; secondary metabolism; uridine diphosphate glycosyltransferases (UGTs) ; bioche2
m istry and molecular biology
糖基转移酶 ( glycosyltransferases, GT, EC 2141x1y) 存在于所有活的有机体中 , 催化糖基转移反
应 , 将糖基从活化的供体分子转移到受体分子上 (Campbell et al. , 1997)。糖基供体分子包括双糖或
多糖、1 -磷酸糖、核苷 - 2 -磷酸糖、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸 (Campbell et al. , 1997)。哺乳动物最
常见的糖基供体为尿苷二磷酸葡萄糖醛酸 (Mackenzie et al. , 1997) , 植物中最常见的糖基供体除尿苷
二磷酸 (U ridine diphosphate, UDP) -葡萄糖 (Vogt & Jones, 2000; Jones & Vogt, 2001) , 还有 UDP -
半乳糖、UDP -鼠李糖、UDP - 木糖和 UDP - 葡萄糖醛酸 (Bar2Peled et al. , 1991; Ishikura & Mato. ,
1993; Martin et al. , 1999; M iller et al. , 1999; Jones et al. , 2003; Sawada et al. , 2005)。因此 , 糖基转
移酶一般被称为尿苷二磷酸 —糖基转移酶 (UDP2glycosyltransferases, UGT)。糖基受体除了单糖、低聚
糖和多糖外 , 还包括非碳水化合物 , 如蛋白质、脂质、抗生素、固醇、酚类物质、萜类、氰醇、植物
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园 　　艺 　　学 　　报 37卷
激素、生物碱、植物毒素、外源物质如除草剂和杀虫剂 (Vogt & Jones, 2000; Paquette et al. , 2003;
L im & Bowles, 2004; Bowles et al. , 2005; Gachon et al. , 2005; L im, 2005) , 其糖基化部位在受体分子
的 O ( 2OH, 2COOH)、N ( 2NH2 )、S ( 2SH) 和 C (C2C) 原子上 (Vogt & Jones, 2000; Jones & Vogt,
2001) , 生成相应的糖苷或糖酯 (L im et al. , 2003; L im , 2005)。糖基化可以改变受体分子的亲水性、
化学稳定性、生物活性、亚细胞定位 , 有助于其在细胞内和生物体内的运输和贮藏 (Vogt & Jones,
2000; Jones & Vogt, 2001; L i et al. , 2001; Ross et al. , 2001; Regev2Shoshani et al. , 2003)。
葡萄 (V itis sp. ) 是一种古老的果树 , 在寒带、温带和热带地区都有栽培 (A lleweldt & Possing2
ham, 1988)。葡萄浆果中含有酚类、萜类化合物、类脂等次生代谢产物 ( Sefton et al. , 1993, 1994;
Boulton et al. , 1996) , 这些化合物中有一部分是通过糖基转移反应而来 , 如花色苷、黄酮糖苷、白藜
芦醇糖苷 ( Gao & Cahoon, 1995; Flam ini & Tomasi, 2000; Heier et al. , 2002; W aterhouse, 2002; Pomar
et al. , 2005; Montealegre et al. , 2006; 王秀君 , 2008)。由于花色苷、黄酮糖苷和白藜芦醇糖苷本身在
植物生长发育过程中具有多种生理功能 ( Gould et al. , 1995; Holton & Cornish 1995; Harborne & W il2
liam s, 2000) ; 而且作为一种天然抗氧化剂 , 其在食品、轻工、医药等领域也具有很高的应用价值
( Fauconneau et al. , 1997; Downham & Collins, 2000; Harborne &W illiam s, 2000; N ijveldt et al. , 2001;
Kong et al. , 2003; de Pascual2Teresa & Sanchez2Ballesta, 2008)。因此 , 研究 UGT的生化及分子生物学
特性 , 对阐明植物次生代谢产物生物合成过程具有重要意义 ( Tanaka et al. , 2005)。本文中着重介绍
葡萄次生代谢产物生物合成途径中关键酶 UGT/UFGT (UDP2glucose: flavonol GT) 的生化及分子生物
学研究进展 , 并对今后这一领域需要解决的问题作了探讨。
1　UGT的酶学特性
催化葡萄花青素 ( cyanidin) 糖苷化的 UGT最初由 Do等于 1995年从 Gamay Fréaux葡萄的悬浮培
养细胞中提取 (Do et al. , 1995)。该 UGT分子量为 56 kD, 等电点 4155, 最适 pH 810, 对 UDP - 葡
萄糖的米氏常数 Km 值为 112 mmol·L - 1 , 对花青素和花翠素 ( delphinidin) 的 Km 值分别为 18
μmol·L - 1和 28μmol·L - 1 , Ca2 +和 Mg2 +不会促进 UGT活性 (Do et al. , 1995)。Krasnow和 Murphy
(2004) 同样以 Gamay Fréaux葡萄的悬浮培养细胞为试材 , 提取了催化白藜芦醇 ( resveratrol) 糖苷化
的 UGT, 其最适 pH 815～910, 对白藜芦醇和 UDP - 葡萄糖的 Km值分别为 0106 mmol·L - 1和 112
mmol·L - 1。以 ‘康可 ’葡萄 (V. labrusca‘Concord’) 花后 15 W 的外果皮为试材 , Hall和 Luca
(2007) 提取纯化了催化反式白藜芦醇 ( trans2resveratrol)、芥子酸 ( sinap ic acid) 和花青素 - 32O 2β -
葡萄糖苷 ( kuromanin) 糖苷化的 UGT [VLRSgt (V. labrusca GT) ] , 该 UGT分子量为 55 kD。
由于 UGTs类型繁多 , 特性各异 (L im , 2005) , 从植物体提取纯化某一种 UGT很难 , 再加上花色
素 ( anthocyanidins) 在植物体内不稳定 , 影响了以植物源 UGTs通过体外试验研究其活性和特征的准
确性 ( Ford et al. , 1998)。因此 , 目前广泛采用重组 DNA技术来研究 UGTs的酶学特性 ( Ford et al. ,
1998; Imayama et al. , 2004; Yoshihara et al. , 2005; Hall & Luca, 2007; Modolo et al. , 2007)。Ford等
(1998) 将从 ‘西拉 ’ ( Shiraz) 葡萄 cDNA文库中获得的 UGT转入大肠杆菌 , 纯化后的重组 UGT分
子量约为 50 kD, 最适 pH 810, 对 UDP - 葡萄糖的 Km值为 1188 mmol·L - 1 , 对槲皮素 ( quercetin)
和花青素的 Km值分别为 15μmol·L - 1和 30μmol·L - 1 , Cu2 +抑制 UGT活性。利用 GAR ( Green2Am2
ber2Red) 筛选技术 , 在 pH 718条件下 , Offen等 (2006) 测得重组 UGT的 Km值分别为 680μmol·
L - 1 (UDP -葡萄糖 )、31μmol·L - 1 (槲皮素 ) 和 42μmol·L - 1 (莰非醇 , kaempferol)。重组 UGT
对不同糖基受体的最适 pH值不同 , 对芥子酸 ( sinap ic acid) 的最适 pH值在 515～615之间 , 对反式
白藜芦醇、顺式白藜芦醇 ( cis2resveratrol) 和莰非醇的最适 pH值为 910, Km值分别为 1126 mmol·
L - 1 (UDP -葡萄糖 )、27μmol·L - 1 (芥子酸 )、2183μmol·L - 1 (莰非醇 ) 和 8162μmol·L - 1 (反
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　1期 王 　军等 : 葡萄次生代谢 UDP -糖基转移酶研究进展 　
式白藜芦醇 ) (Hall & Luca, 2007)。无论是植物源 UGT, 还是重组 UGT, 其分子量大致在 50～56 kD
之间 , 最适 pH值大多在 810～910之间 , 对 UDP - 葡萄糖的 Km值在 016～119 mmol·L - 1之间 , 对
糖基受体的 Km值不尽相同 (Do et al. , 1995; Ford et al. , 1998; Krasnow & Murphy, 2004; Offen et
al. , 2006; Hall & Luca, 2007)。
植物 UGTs对不同糖基受体表现很强的底物特异性 (L im et al. , 2001, 2002, 2003; L im, 2005)。
从葡萄悬浮培养细胞中提取的 UGT在体外能将花青素、花翠素、花葵素 (pelargonidin)、甲基花青素
(peonidin) 和二甲花翠素 (malvidin) 分别转化为相应的 3 - 葡萄糖苷 , 而不能使槲皮素和莰非醇形
成相应的糖苷 (Do et al. , 1995) ; 但从相同的悬浮细胞培养中提取的 UGT对白藜芦醇和槲皮素均有
糖苷化功能 ( Krasnow & Murphy, 2004)。重组 UGT对不同糖基受体表现的活性也不同 , 对花青素和
槲皮素的相对活性最强 , 而对二甲花翠素和桑色素 (morin) 的相对活力最低 ( Ford et al. , 1998) ;
重组 VLRSgt在 pH 910时 , 对反式白藜芦醇、莰非醇糖苷化表现较高的活力 , 对顺式白藜芦醇、槲皮
素、七叶亭 ( esculetin) 糖苷化活性较低 ; 而在 pH 610时 , 对芥子酸的糖酯化活力较强 , 不能使
ABA、花青素、花青苷 ( cyanin)、 IAA、水杨酸 ( salicylic acid) 等物质发生糖基转移反应 (Hall &
Luca, 2007)。同时 , UGT对同一个底物糖苷化还表现出空间效应和对糖基供体的选择性 , 如重组
VLRSgt催化反式白藜芦醇分别形成云杉新苷 (p iceid) 和反式白藜芦醇 - 4′- 葡萄糖苷 (Hall & Lu2
ca, 2007) ; 重组 VvGT1可以 UDP -葡萄糖、GDP - 葡萄糖、UDP - 木糖、UDP - 半乳糖等作为糖基
供体 , 而不以 UDP -鼠李糖为糖基供体 (Offen et al. , 2006)。
2　UGT晶体结构特点
UGT空间结构的研究对阐明糖基转移反应机理、有目的地改造天然 UGT酶蛋白活性和设计新颖
的生物催化剂具有重要意义。根据 GT的空间结构 , 一般将之分为 GT2A 型折叠和 GT2B 型折叠
(Coutinho et al. , 2003; L im & Bowles, 2004; L im, 2005) ; 根据 GT催化反应机制 , 将之分为 ‘转化
型 ’ ( inverting) 和 ‘保留型 ’ ( retaining) (Coutinho et al. , 2003; L im, 2005)。重组葡萄 UGT由 456
个氨基酸组成 , 为 GT2B型折叠 , 由两个类 Rossmann (β/α/β) 区组成 , 中间被一个深的裂缝分开 ;
两个类 Rossmann区分别包括第 7～250个氨基酸残基和第 260～437个氨基酸残基 , 第 437～456个氨
基酸残基形成的 C末端螺旋横跨 C末端区和 N末端折叠区 (Offen et al. , 2006)。参与植物次生代谢
UGTs的 C末端含有一个由 44个氨基酸残基组成的共有序列 (Vogt & Jones, 2000; Paquette et al. ,
2003; L im & Bowles, 2004; Gachon et al. , 2005) , 葡萄 UGT 32D结构表明 , 这个区域决定了糖基供体
结合位点的微环境 , 其中 A sp374和 Gln375对识别供体糖分子 (UDP -葡萄糖 ) 起关键作用 , 这个区
域氨基酸的变化决定了不同 UGTs利用不同糖基供体 , N末端 Thr141对识别 UDP -葡萄糖也起到很重
要的作用 (Offen et al. , 2006 )。糖基受体 (莰非醇 ) 结合于 UGT N 末端区由 Phe15、 Phe121、
Phe200、Phe372及 Ile87、Val281组成的疏水开口口袋中 , 通过 Gln84和 H is150与莰非醇 72OH、4′2
OH之间形成的氢键将莰非醇结合 , H is20通过对莰非醇 32OH的去质子化作用 , 接受来自供体糖基分
子上端基异构中心的亲核攻击 , 这是 UGT催化糖基转移反应的基础 (Offen et al. , 2006)。
3　UGT进化树分析
Sparvoli等 (1994) 以金鱼草 (An tirrh inum m ajus) UGT cDNA为探针 , 首次从 Lambrusco a Foglia
Frastagliata葡萄自交实生苗的 cDNA文库中筛选到长约 015 kb UGT部分 cDNA片段。以此 cDNA为探
针 , 从 ‘西拉 ’ ( Shiraz) 葡萄着色浆果 cDNA 文库分离到两个 UGT的全长 cDNA (AF000371和
AF000372) , AF000371长 1 459 bp, 编码 452个氨基酸 ; AF000372长 1 519 bp, 编码 456个氨基酸
( Ford et al. , 1998)。Kobayashi等 (2001) 以 AF000372序列信息设计引物 , 以叶片基因组 DNA为模
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板 , 从 Kyoho、 Italia、Ruby Okuyama、Muscat of A lexandria、Flame Muscat葡萄中克隆到 UGT的 DNA
序列。Hall和 Luca (2007) 通过对分离纯化得到 UGT进行氨基酸序列分析后 , 利用 BLAST从欧亚种
葡萄基因数据库 (V. vin ifera TIGR grape gene database) 得到一个与 UGT氨基酸序列完全相同的全长
EST, 根据这个 EST 序列设计特异引物 , 从 ‘康可 ’葡萄克隆到了 UGT 的 cDNA ( VLRSgt,
DQ832169) , 该 cDNA长 1 440 bp, 编码 479个氨基酸 (ABH03018) , 推测分子量为 5318 kD。
除了 ‘黑比诺 ’ ( Pinot Noir) 葡萄基因组测序得到的 UGTs信息外 , NCB I数据库中登录的葡萄
全长 UGTs序列共有 20个 , 其中 cDNA序列 9个 , DNA序列 11个 (表 1)。利用这 20个 UGTs基因组
DNA和 cDNA序列推测的 UGT氨基酸大多为 456个 , 其相似性在 18% ～100%之间 , 在这些 UGTs的
C末端均含有由 44个氨基酸组成的定义植物次生代谢产物糖基转移酶 (p lant secondary p roduct GT,
PSPG) 的共有序列 (Vogt & Jones, 2000; Paquette et al. , 2003; L im & Bowles, 2004; Gachon et al. ,
2005)。根据葡萄品种来源、UGT序列来源及氨基酸序列相似性 , 选取 V itis UFGT、VvUFGT、
Vv3GT、VLRSgt、V lUFGT、V lOGT1、V lOGT2、V lOGT3、 trV lOGT4、Vam3GT, 以及 Petun ia 3GT、
M a lus 3GT、Petun ia 5GT、Verbena 5GT、F ragaria GT2、B rassica UGT84A9的氨基酸序列 , 利用 N2J法
构建分子系统发育树 (图 1)。由图 1可以看出 , V itis UFGT、VvUFGT、Vv3GT、V lUFGT、Vam3GT
与 Petun ia 3GT和 M a lus 3GT亲缘关系较近 , 为催化花色素或黄酮醇 ( flavonol) 32OH糖苷化的 UGT;
V lOGT1、V lOGT2、V lOGT3、 trV lOGT4与 Petun ia 5GT、V erbena 5GT亲缘关系较近 , 可能是催化花色
素或黄酮醇 52OH糖苷化的 UGT; 而 VLRSgt与催化肉桂酸 ( cinnam ic acids) 糖酯形成的 F raga ria GT2
和 B rassica UGT84A9亲缘关系较近。
表 1　NCB I数据库登录的葡萄 UGT信息
Table 1　 Informa tion of V itis UGT in NCB I da taba se
品种
Cultivar
UGT序列来源
UGT sequence origin
核苷酸 / bp (登录号 )
Nucleotide (Accession No. )
氨基酸 (登录号 )
Am ino acid (Accession No. )
参考文献
Reference
Kyoho genom ic DNA 1 928 (AB047090) 456 (BAB41017) Kobayashi et al. , 2001
(V. labrusca ×V. vinifera) 1 926 (AB047091) 456 (BAB41018)
Italia genom ic DNA 1 958 (AB047092) 456 (BAB41019) Kobayashi et al. , 2001
(V. vin ifera) 1 925 (AB047093) 456 (BAB41020)
Ruby Okuyama genom ic DNA 1 958 (AB047094) 456 (BAB41021) Kobayashi et al. , 2001
(V. vin ifera) 1 925 (AB047095) 456 (BAB41022)
Muscat of A lexandria genom ic DNA 1 958 (AB047096) 456 (BAB41023) Kobayashi et al. , 2001
(V. vin ifera) 1 925 (AB047097) 456 (BAB41024)
Flame Muscat genom ic DNA 1 958 (AB047098) 456 (BAB41025) Kobayashi et al. , 2001
(V. vin ifera) 1 925 (AB047099) 456 (BAB41026)
Red Globe genom ic DNA 1 500 (DQ513314) 456 (ABF59818) NCB I
(V. vin ifera)
Shiraz cDNA 1 459 (AF000371) 452 (AAB81682) Ford et al. , 1998
(V. vin ifera) 1 519 (AF000372) 456 (AAB81683)
Concord cDNA 1 440 (DQ832169) 479 (ABH03018) Hall & Luca, 2007
(V. labrusca)
Concord cDNA 1 371 ( EF630356) 456 (ABR24135) NCB I
(V. labrusca) 1 347 ( EF633704) 448 (ABQ02256)
1 344 ( EF633705) 447 (ABQ02257)
1 395 ( EF633706) 464 (ABQ02258)
1 296 ( EF633707) 431 (ABQ02259)
Shuang Feng(V. am urensis) cDNA 1 477 ( FJ169463) 456 (AC I15395) 刘海峰 等 , 2009
L iu Hai2feng et al. , 2009
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图 1　根据 3GTs、5GTs和其它相关 GTs氨基酸序列构建的分子系统发育树
3GTs、5GTs和其它相关 GT的 GenBank登录号为 : V itis UFGT (AB047091) , VvUFGT (AB047092) , Vv3GT (AF000372) ,
VLRSgt (DQ832169) , V lUFGT ( EF630356) , V lOGT1 ( EF533704) , V lOGT2 ( EF533705) , V lOGT3 ( EF533706) ,
trV lOGT4 ( EF533707) , Vam3GT ( FJ169463) , Petunia 3GT (AB027454) , M alus 3GT (AF117267) ,
Petunia 5GT (AB027455) , Verbena 5GT (AB013598) , F ragaria GT2 (AY663785) , B rassica UGT 84A9 (AF287143)。
采用 N2J法构建系统发育树 , 线段长度表示亲缘关系远近。
F ig. 1　M olecular phylogenetic tree of the deduced am ino ac id sequences of 3GTs, 5GTs and rela ted glycosyltran sfera ses
GenBank accession numbers of the 3GTs, 5GTS and related glycosyltransferases: V itis UFGT (AB047091) , VvUFGT (AB047092) ,
Vv3GT (AF000372) , VLRSgt (DQ832169) , V lUFGT ( EF630356) , V lOGT1 ( EF533704) , V lOGT2 ( EF533705) ,
V lOGT3 ( EF533706) , trV lOGT4 ( EF533707) , Vam3GT ( FJ169463) , Petunia 3GT (AB027454) , M alus 3GT (AF117267) ,
Petunia 5GT (AB027455) , Verbena 5GT (AB013598) , F ragaria GT2 (AY663785) , B rassica UGT 84A9 (AF287143) .
The tree was constructed by the neighbor2joining method. Lengths of lines indicate the relative distances between nodes.
4　UGT的表达调控研究
有关葡萄 UGT的表达 , 主要集中在果实花色苷生物合成过程中。在克隆葡萄花色苷生物合成相
关功能基因的基础上 ( Sparvoli et al. , 1994) , 通过研究 U FGT (UDP2glucose: flavonoid 32O2glucosyl2
transferase) 表达与花色苷生物合成的关系 , 认为 U FGT是葡萄花色苷生物合成的关键基因 (Boss et
al. , 1996a, 1996b; Kobayashi et al. , 2001)。在葡萄果实发育过程中 , U FGT只在红色品种转色开始
后的果皮和红皮红肉品种的果肉中表达 , 而在白色品种果皮和果肉中均不表达 , 在转色期表达上调 ,
随着果实成熟表达加强 (Boss et al. , 1996a, 1996b; Kobayashi et al. , 2001; Goto2Yamamoto et al. ,
2002; Terrier et al. , 2005; Ageorges et al. , 2006; Bogs et al. , 2006; Castellarin et al. , 2006, 2007a,
2007b; Castellarin & Gaspero, 2007)。同时 , 在 ‘赤霞珠 ’ (Cabernet Sauvignon) 葡萄种子、顶端刚萌
发的微红色幼叶和未开放花序中也有 U FGT的表达 (Castellarin & Gaspero, 2007)。通过定性、定量研
究果实发育过程花色苷含量与 UGT转录之间的关系 , 证明 UGT mRNA的相对表达与花色苷的积累表
现明显的正相关 ( Castellarin et al. , 2007b; Castellarin & Gaspero, 2007)。光照 , 水分胁迫 , 外源
ABA、乙醇、乙烯和 22CEPA ( 22chloroethylphosphonic acid) 处理促进 UGT的转录 ( Sparvoli et al. ,
1994; El2Kereamy et al. , 2002, 2003; Jeong et al. , 2004; Castellarin et al. , 2007a, 2007b) ; 果穗遮荫、
夜间高温和外源 NAA、BTOA ( benzothiazole222oxyacetic acid) 处理抑制 U FGT的转录 (Davies et al. ,
1997; Jeong et al. , 2004; Mori et al. , 2005) ; 日间高温处理提高 UGT的活性 , 而夜间高温处理降低
UGT的活性 (Jeong et al. , 2004; Mori et al. , 2007)。在葡萄悬浮细胞培养过程中 , 培养基中添加 eu2
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typ ine可以抑制 UGT的转录和花色苷的积累 (Afifi et al. , 2003) ; 而添加 2, 42D等能够促进 UGT的
翻译 , 使槲皮素 - 3, 7, 4′-三葡萄糖苷、槲皮素 - 3, 7 - 双葡萄糖苷和槲皮素 - 3, 4′- 双葡萄糖
苷含量增加 ( Kokubo et al. , 2001) ; 不同光照处理对催化白藜芦醇糖苷化的 UGT活性无影响 , 而紫
外线 UVC处理提高催化槲皮素糖苷化的 UGT活性 ( Krasnow &Murphy, 2004)。在 ‘康可 ’葡萄果实
发育过程中 , 催化白藜芦醇和对 -香豆酸糖苷化的 VLRSgt基因只在中果皮表达 , 而在外果皮不表达 ,
随着果实转色表达增强 , 在外果皮中也检测到了白藜芦醇、白藜芦醇糖苷、对 - 香豆酸糖酯 (Hall &
Luca, 2007)。
5　讨论
植物经过长期的进化 , 形成了对外界环境条件变化很强的适应性和快速响应能力 , 这种可塑性要
求生长、发育和代谢有机协调 , 通过进化形成不同的机制来调节细胞的稳恒性 ( cellular homeosta2
sis) , 而糖基化反应是其机制之一 (Offen et al. , 2006)。糖基转移酶是一个多基因家族 , 能够催化很
多物质的糖基化反应 , 如植物激素、次生代谢产物和外源物质 (如除草剂和杀虫剂 ) (L im & Bowles,
2004)。根据糖基转移酶氨基酸序列相似性、形成糖苷的立体化学结构和已知底物的特异性 , 目前将
之分为 91个家族 ( Campbell et al. , 1997; Coutinho et al. , 2003; http: ∥www1cazy1org/ fam /acc _
GT1htm l) , 催化植物次生代谢产物糖基化的糖基转移酶属于家族 1 ( GT1) , 由于在其 C末端含有由
44个氨基酸组成的共有序列 , 而且这类糖基转移酶主要以尿苷 - 2 - 磷酸糖为糖基供体 , 因此将之单
独归为一个 UGT超家族 (Mackenzie et al. , 1997; Ross et al. , 2001)。
511　葡萄 U G T家族
Southern杂交和基因组全序列分析表明 , 欧亚种二倍体葡萄 (V1vin ifera ) UGT为单拷贝基因
( Sparvoli et al. , 1994) , 被定位在遗传图上的 LG16中 (Velasco et al. , 2007)。除了 ‘黑比诺 ’ ( Pi2
not Noir) 葡萄基因组测序得到的 99个 UGT全序列或部分序列信息外 ( http: ∥www1cazy1org/ fam /
acc_GT1htm l) , NCB I数据库中登录的葡萄全长 UGTs序列共有 20个 , 其中只有很少一部分 UGT通过
重组 DNA技术鉴定了其功能 ( Ford et al. , 1998; Offen et al. , 2006; Hall & Luca, 2007) , 而拟南芥
(A rabidopsis tha liana) 和蒺藜苜蓿 (M edicago trunca tu la ) 的 UGT功能已进行了深入研究 (Bowles,
2002; L im et al. , 2003; L im & Bowles, 2004; Achnine et al. , 2005; L im , 2005; Modolo et al. , 2007)。
已鉴定功能的葡萄 UGT大多催化花色素和黄酮醇 32OH的糖苷化 , 非欧亚种葡萄果实中含有花色素 -
3, 5 -双糖苷 ( Goldy et al. , 1989; Hebrero et al. , 1989; Flam ini & Tomasi, 2000; 王秀君 , 2008)。因
此 , 既需要对现有葡萄 UGTs功能进行鉴定 , 也需要研究催化花色素和黄酮醇 52OH糖苷化的 UGT的
结构、表达方式、调节机制及这类 UGT蛋白的空间结构 , 这对阐明葡萄花色素和黄酮醇双糖苷的生
物合成具有重要意义。
512　葡萄 U G T表达的调控机制
UGT是葡萄花色苷生物合成的关键基因 (Boss et al. , 1996a, 1996b; Kobayashi et al. , 2001) , 其
转录和翻译既受内源因子 (包括基因型和生理状态等 ) 的影响 , 也受外界环境条件 (包括光照、水
分和温度等 ) 的影响 , UGT的表达具有时空特异性 (Boss et al. , 1996a, 1996b; H iratsuka et al. ,
2001; Kobayashi et al. , 2001; El2Kereamy et al. , 2002, 2003; Goto2Yamamoto et al. , 2002; Jeong et al. ,
2004; Mori et al. , 2005, 2007; Castellarin et al. , 2007a, 2007b; Hall & Luca, 2007)。通过对 UGT DNA
序列分析发现 , 葡萄不同色泽品种 UGT编码区和启动子的序列没有差异 , 其启动子含有与某些转录
因子 (如 MYB、MYC蛋白 ) 共有 DNA 结合位点的同源序列 ( Kobayashi et al. , 2001)。因此认为
UGT的表达受调节基因 (包括转录因子和反转录转座子 ) 控制 ( Kobayashi et al. , 2002, 2004, 2005;
W alker et al. , 2006, 2007; This et al. , 2007; Deluc et al. , 2008) , 外界环境条件可能通过糖信号途径
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　1期 王 　军等 : 葡萄次生代谢 UDP -糖基转移酶研究进展 　
或激素信号途径影响 UGT的表达 (Castellarin et al. , 2007b)。
513　葡萄 UGT的利用
UGTs对糖基供体具有选择性 , 对糖基受体表现区域选择性 ( regioselective) 和对映体选择性
( enantioselectivity) , 其作为一种生物催化剂具有广阔的应用前景 ( Kubo et al. , 2004; L im et al. ,
2004; W illits et al. , 2004; L im, 2005)。UGTs利用方式主要有 3种 : 将纯化的重组 UGT或植物源
UGT制成固定化酶、植物细胞 (包括过量表达 UGT的转基因细胞 ) 培养系统和微生物细胞培养系统
(L im, 2005)。目前 , 已有利用柚果 UGT制成固定化酶用于橘汁生产过程中脱除苦味 ( Karim &
Hashinaga, 2002) , 长春花 (Catharan thus roseus) 悬浮培养细胞系统生产苯酚糖苷 /糖酯 ( Shimoda et
al. , 2002) 和微生物培养系统生产黄酮糖苷 (W illits et al. , 2004; L im, 2005) 的报道。利用葡萄悬浮
培养细胞系统生产黄酮糖苷也有初步的研究 , 如在培养基中添加 2, 42D可以显著提高 UFGT的活性
( Kokubo et al. , 2001) ; 暗培养可以提高云杉新苷的含量 ( Krasnow & Murphy, 2004) ; 植物源 UGT和
重组 UGT在体外能将花葵素转化为花葵素 - 3 - 葡萄糖苷 (Do et al. , 1995; Ford et al. , 1998)。所
以 , 今后应进一步研究培养条件、不同 UGT对葡萄次生代谢产物糖苷化的影响。随着越来越多葡萄
UGTs结构和功能的鉴定 , 其在食品和药品生产上将具有广阔的应用前景。
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