[发明专利]一种依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶及其编码基因的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶树依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶及其编码基因与应用。

背景技术

糖酵解是存在一切生物体内糖分解的普遍途径，该途径在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸，此过程中有少量ATP和NADH生成，同时还会产生一些重要的前体代谢物，为生物体提供必须的碳源和能源，是处于中枢位置的代谢途径（Plaxton,WC.The organization and regulation of plant glycolysis.Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol..1996;48:185-214.）。因此，糖酵解过程的精确调节，在生物体的生长发育及生物与非生物胁迫中起着重要作用，以满足机体的需要并保持内环境的稳定，而此过程中的调控及调节主要是通过调节酶的活性来实现的(Danson J,Wasano K,Nose A.Infection of rice plants with the sheath blight fungus causes an activation of pentose phosphate and glycolytic pathways.Eur.J.Plant.Pathol..2000;106:555-61.Mutuku M,Nose A.Changes in the contents of metabolites and enzyme activities in rice plants responding to Rhizoctonia solani (Kuhn)infection:activation of glycolysis and connection to phenylpropanoid pathway.Plant Cell Physiol..2012;53(6):1017-32.)。很多研究认为磷酸果糖激酶是糖酵解途中的一个限速酶，糖酵解的速度取决于此酶的活性，并且它的存在可以作为糖酵解途径存在的标志(Racker E.The rate-limiting steps in glycolysis.Trends Biochem Sci..1984;9:516.)。根据磷酸果糖激酶催化反应提供能量和磷酸基的不同，分为依赖ATP的磷酸果糖激酶（PFK-1，EC2.7.1.11），另一类依赖焦磷酸（PPi）的磷酸果糖激酶（PFP，EC2.7.1.90）（Botha A,Botha F.Pyrophosphate dependent phosphofructokinase of Citrullus lanatus:molecular forms and expression of subunits.Plant Physiol.1991;96:1185-92.Podesta FE,Plaxton,WC.Regulation of cytosolic carbon metabolism in germinating Ricinus communis cotyledons.1.Developmental profiles for the activity,concentration,and molecular structure of the pyrophosphate-dependent and ATP-dependent phosphofructoinase,phosphoenolpyruvate carboxylase and pyruvate kinase.Planta.1994;194:374-380.）。与磷酸果糖激酶（PFK-1）相比，磷酸果糖激酶（PFP）同样作用于果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-双磷酸，但提供能量及磷酸基不是ATP而是焦磷酸（PPi），且此催化反应为可逆反应。众多的研究结果表明这个特殊的酶在细菌及绿色植物中也广泛存在，并且认为此酶同样分布在胞质中，在哺乳动物中还未见报道，因此一些研究人员提出与哺乳动物不同在植物中可能存在着一条依赖于PFP的糖酵解途径(O’Brien WE， Bowien S， Wood HG.. Isolation and characterization of a pyrophosphate-dependent phosphofructokinase from Propionibacterium shermanii.J.Biol.Chem..1975；250：8690-5.)。PFP广泛的存在于植物生物合成旺盛的组织，果糖-2，6-双磷酸为PFP关键调节剂，但对植物PFP-1活性无影响，而在哺乳动物中果糖-2，6-双磷酸对PFP-1具有明显的活化效应(Stitt，M.Fructose-2，6-bisphosphate as a regulatory molecule in plants. Annu. Rev.Plant Physiol.Plant Mol..1990；41：153-158.)。这种植物与动物之间调节方式的差异意味着PFP在植物糖酵解途径调节中占有重要的地位。磷酸果糖激酶主要有两种，一个是依赖于ATP的(PFK)，一个是依赖PPi(PFP)的，但是有相同的磷酸果糖激酶的功能，区分主要是通过序列比对来区分的，PFK与PFP的序列不同。