黃露露彭麗桃葉俊麗楊書珍

(1. 華中農業(yè)大學食品科技學院，湖北 武漢 430070；2. 華中農業(yè)大學園藝林學學院，湖北 武漢 430070)

糖基轉移酶(EC 2.4.x.y)，是一種廣泛存在于原核生物、真核生物、古細菌以及病毒中的具有特殊生物活性的蛋白質。它用于催化糖基化反應，將活性糖供體轉移到受體分子，并形成糖苷鍵。糖基轉移酶的活性糖供體主要有二糖或多糖、核苷-2-磷酸糖、1-磷酸糖、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸等，其中核苷酸糖最為常見，生物體中有許多物質可以作為糖基轉移酶受體，如糖類、蛋白質、脂質、抗生素、固醇、酚類、萜類、氰醇、植物激素、生物堿、植物毒素和外源物質(如除草劑和殺蟲劑)等[1-2]。在植物體中，糖基轉移酶通過將糖基供體轉移到小分子糖基受體上改變受體小分子化合物的生物活性，進而對植物的生長、果實發(fā)育、次生代謝和環(huán)境響應等方面產生重要影響。近年來植物體中越來越多的糖基轉移酶的功能得到確認，其中一部分糖基轉移酶通過催化糖與酚類、萜類、多糖類等小分子物質結合而參與果實色澤、香氣、風味等品質的形成，為進一步改善果實的外觀品質和內在品質提供新思路。因此，本文就近年來有關果實成熟過程中糖基轉移酶的種類及其在果實品質形成中的作用等方面進行綜述。

1 果實中糖基轉移酶的主要類型

與糖基化受體分子的部位不同，果實中的糖基轉移酶可以分為O-、N-、S-和C- 4種類型。大多數(shù)果實中存在的糖基轉移酶屬于O-型，如在葡萄[2]、荔枝[3]等果實中廣泛存在的類黃酮3-O葡糖基轉移酶，其糖基化部位發(fā)生在類黃酮C環(huán)上的3-OH位；柑橘中的柚皮素-7-O-葡萄糖苷鼠李糖基轉移酶，它通過糖基化葡萄糖苷的6-OH位形成二糖苷[4]等。也有一部分果實中存在C-型糖基轉移酶，如佛手柑果實中的芹菜素-6-C-葡萄糖基轉移酶，它能夠催化葡萄糖與芹菜素在其6-C位上結合形成芹菜素-6-C-葡萄糖苷[5-6]。

此外，糖基轉移酶還可以根據(jù)其底物特異性不同進行分類。如在果實中普遍存在的類黃酮糖基轉移酶可以根據(jù)底物不同分為黃酮醇糖基轉移酶、黃烷酮糖基轉移酶和花青素糖基轉移酶等；果實中不同類型的小分子底物在糖基轉移酶的作用下形成新的糖苷類化合物，如蘋果中的根皮素在根皮素糖基轉移酶的作用下形成根皮苷[7]，甜橘中的游離單萜在萜烯糖基轉移酶的作用下形成鍵合態(tài)香氣成分[8]，羅漢果中的羅漢果醇在羅漢果醇糖基轉移酶的催化下形成羅漢果皂苷[9]，檸檬中存在的檸檬苦素UDP-葡萄糖苷轉移酶能將檸檬苦素轉化為不具有苦味的檸檬苦酸A-環(huán)內酯，達到自然脫苦的目的[10]。這些新形成的糖苷類化合物以新的方式參與果實成熟衰老過程，同時對果實的品質產生影響。

2 糖基轉移酶與果實品質形成

2.1 糖基轉移酶與果實色澤形成

色澤是影響果實品質的重要因素之一。葉綠素、類胡蘿卜素以及花青素等是成熟果實中的主要呈色物質[11]。其中，葉綠素和類胡蘿卜素表現(xiàn)的顏色構成果實的底色，花青素表現(xiàn)的顏色構成果實的表色，因底色與表色的比例不同而使果實呈現(xiàn)多種多樣的顏色。

果實中的花青素多是以花色苷的形式存在，其中糖基轉移酶是花色素苷合成過程中的關鍵酶，用于將不穩(wěn)定的花色素糖苷轉變?yōu)榉€(wěn)定的花色素苷[12]。果實中常作為花色素苷糖苷配基的化合物主要有天竺葵素、矢車菊素、飛燕草素、芍藥色素、牽牛色素和錦葵色素6種，這些配基可以與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖和阿拉伯糖等通過類黃酮-糖基轉移酶催化形成花色苷。如Hsu等[13]在獼猴桃中鑒定出分別催化矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-半乳糖苷合成的矢車菊素-3-葡萄糖基轉移酶和矢車菊素-3-半乳糖苷木糖基轉移酶對獼猴桃的色澤產生了重要影響。

類黃酮-葡萄糖基轉移酶(UDPG-flavonoid-3-O-glycosyltranferase，UFGT)是催化花青素糖基化形成花色苷的最常見酶，它能催化UDP葡萄糖的糖基替代花青素的3位羥基，最終形成穩(wěn)定的花色苷，使花青素由無色轉為有色。很多研究表明，UFGT是花色苷合成的關鍵酶，在果實顏色的形成中具有重要作用。Liu等[14]以蘋果為試驗材料，通過套袋處理探究蘋果由青色轉為紅色時的相關酶活性，發(fā)現(xiàn)UFGT在此階段表現(xiàn)出相當高的活性，暗示UFGT對蘋果紅色的形成具有重要作用。Yun等[15]探究了2個紅肉桃品種和1個白肉桃品種中UFGT基因的表達差異，發(fā)現(xiàn)紅肉桃品種中的UFGT的轉錄水平明顯高于白肉桃品種的。牛生洋等[16]發(fā)現(xiàn)葡萄果實中花色素苷的積累與UFGT基因表達呈顯著正相關。隨后，Li等[17]通過研究15種不同果皮顏色的荔枝中花色素苷積累與UFGT表達的關系，發(fā)現(xiàn)果皮中花色素苷的含量與UFGT基因的表達呈顯著正相關，同時在荔枝果皮中鑒定出4個不同的UFGT基因，分別命名為LcUFGT1、LcUFGT2、LcUFGT3和LcUFGT4，其中LcUFGT1在荔枝果皮顏色形成中起著至關重要的作用。因此，UFGT是花色素苷合成的關鍵基因，在果實色澤形成過程中具有重要作用。但目前有關色澤形成相關的糖基轉移酶的研究主要集中在功能驗證上，有關糖苷轉移酶調控果實色澤的作用機制及其在調控果實色澤形成方面的應用研究尚不系統(tǒng)，有待于深入研究。

2.2 糖基轉移酶與果實風味形成

果實風味是果實的內在品質，取決于果實的甜味、酸味、苦味及香氣等綜合因素[18]。

果實中很多糖苷類化合物具有甜味或苦味，如羅漢果中的甜苷V、蘋果中的三葉苷等是果實中存在的重要甜味物質。黃烷酮糖苷類化合物是蕓香科主要苦味物質之一，代表物為柚皮苷。Yauk等[19]發(fā)現(xiàn)蘋果中的根皮素4′-O-糖基轉移酶可以在UDP-葡萄糖存在的情況下將根皮素糖基化成甜味物質二氫查耳酮三葉苷，對蘋果的甜味產生影響。莫長明[9]采用RACE技術，從羅漢果果肉中克隆了SgUGT4、SgUGT6和SgUGT7 3個葡萄糖基轉移酶基因，其中SgUGT4與糖基化羅漢果醇的UGT73家族葡萄糖基轉移酶遺傳關系最近，在果實甜苷V進入快速合成積累時期表達，在其他高甜苷V含量品種中表達也較高，是羅漢果中甜苷V合成的關鍵酶基因。此外，蕓香科果實的重要苦味物質柚皮苷的生物合成與糖基轉移酶關系密切。在柑橘中黃烷酮在7位點糖基化形成黃烷酮-7-O-葡萄苷，黃烷酮-7-O-葡萄糖苷進一步糖基化，在1，6鼠李糖基轉移酶的作用下形成無苦味的柚皮蕓香苷，在1，2-鼠李糖基轉移酶的作用下生成有苦味的柚皮苷[20]。Frydman等[21]從柑橘中分離了編碼1，2-鼠李糖基轉移酶的基因，并對其進行功能分析，結果發(fā)現(xiàn)它只在苦柑種類中表達；張軍等[22]通過RT-PCR從梁平柚擴增到1，2-鼠李糖基轉移酶基因，發(fā)現(xiàn)該基因在果實中表達，并且表達量隨果實成熟而逐漸降低。由此說明，許多糖基轉移酶對果實甜味、苦味等滋味物質的形成具有很重要的作用。

果實中的香氣成分除了有酯類、醛類和萜烯類化合物等游離態(tài)香氣物質外，還有以結合態(tài)形式存在的香氣物質。糖苷鍵合態(tài)香氣物質是一類不具揮發(fā)性，以糖苷形式存在的前體物質。這類物質在酸或酶的作用下可以釋放出游離態(tài)芳香物質[23]。Yauk等[24]發(fā)現(xiàn)獼猴桃葡萄糖基轉移酶(Actinidiadeliciosaglycosyltranferase 4，AdGT4)可以在成熟獼猴桃中使一系列萜烯和伯醇糖基化合成新的鍵合態(tài)香氣成分，對成熟的獼猴桃和其他水果(包括番茄和橄欖)的“青草”味有很重要的貢獻作用。高潔等[25]發(fā)現(xiàn)了柑橘果實中4個與鍵合態(tài)香氣物質α-松油醇、反式-松香芹醇關系密切的UGT基因。在果實成熟期間誘導非煙味葡萄糖基轉移酶1(Non-Smoky Glycosyltransferase1，NSGT1)，可以將煙熏相關苯丙烷揮發(fā)物的可裂解二糖苷轉化為不可裂解的三糖苷，防止其在番茄果實組織破壞時釋放，能保留果實特有的煙熏味[26]。

因此通過調控相關糖基轉移酶基因的表達達到提升果實風味的目的具有十分廣闊的應用前景。但果實中由糖基轉移酶催化形成的糖苷類風味物質和香氣成分種類繁多，仍然有許多參與香氣和風味物質形成的糖基轉移酶的生理功能和作用機制尚不清楚，需要進一步加強。

2.3 糖基轉移酶和果實的質地

果實成熟時除了色澤轉變和風味形成外，軟化也是許多果實質地變化的重要現(xiàn)象。研究[27-29]發(fā)現(xiàn)細胞壁的結構和成分的變化與果實成熟衰老期間的質地變化密切相關。

木葡聚糖(xyloglucan，XG)是植物細胞壁中半纖維素的一種組分，通過非共價鍵束縛纖維素微纖絲并與之交聯(lián)，從而在生長期間為細胞壁提供強度，也為細胞壁的膨脹松軟起到限制作用[30-31]。木葡聚糖內切糖基轉移/水解酶(Xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase，XTH)具有催化木葡聚糖分子裂解，并將新形成的葡萄糖還原性末端轉移到另一個木葡聚糖(受體)分子的非還原末端連接起來，從而使細胞壁能夠持續(xù)性地擴增。Saladié等[32]對番茄果實發(fā)育期間的XTH酶活進行測定，發(fā)現(xiàn)在果實成熟階段XTH活性較高；Nakatsuka等[33]從柿果實中分離克隆得到了2個XTH基因c DNA片段，發(fā)現(xiàn)XTH的表達受乙烯調控；Han等[34]也發(fā)現(xiàn)DkXTH1基因在柿子成熟過程中表達量較高，在柿果實成熟軟化過程中起到重要作用。Asif等[35]對未成熟階段和成熟階段的香蕉果實的轉錄組進行了測序，發(fā)現(xiàn)XTH基因在果實成熟時高度表達，在香蕉果實軟化中起關鍵作用。Opazo等[36]分析鑒定了草莓果實在成熟衰老過程中的26個XTH基因，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)XTHs在成熟果實中表達，并且FvXTH18、FvXTH20、FvXTH25和FvXTH26在果實成熟時表達量呈現(xiàn)增加的趨勢。Zhang Zong-ying等[37]探究了XTH基因在乙烯促進果實成熟軟化中的作用，發(fā)現(xiàn)XTH1、XTH3、XTH4、XTH5和XTH9主要參與乙烯調控蘋果發(fā)育前期果實軟化過程，而XTH2、XTH6、XTH7、XTH8、XTH10和XTH11主要參與乙烯調控蘋果發(fā)育后期果實軟化過程，XTH2和XTH10在番茄中的過表達促進了乙烯生物合成(ACS2，ACO1)、信號轉導(ERF2)和果實軟化(XTHs，PG2A，Cel2和TBG4)的相關基因表達升高，XTH基因在乙烯促進果實成熟軟化過程中起關鍵作用。以上研究表明XTH存在于柿子、番茄、香蕉、草莓等果實中，在果實采后軟化中起到重要作用，明確XTH調控果實軟化的作用機理，對于尋找調控果實采后硬度和衰老技術十分有必要，此外，目前有關參與果實軟化的糖基轉移酶的研究主要集中在XTH家族的糖基轉移酶的研究報道，是否存在其他類型的糖基轉移酶參與果實軟化尚不十分清楚。

3 展望

糖基轉移酶是催化植物次生代謝產物糖基化的一個UGT超家族，種類繁多，功能多樣，一直是人們研究的熱點。近年來，糖基轉移酶在果實品質方面的作用逐漸引起了人們的關注。目前這方面的研究主要集中在通過分子生物學和生物信息學手段研究果實成熟衰老過程中糖基轉移酶相關基因的表達規(guī)律及其生物學功能。有關果實品質相關的糖基轉移酶的酶學特性、關鍵酶基因的調控以及在改良果實品質等方面的研究尚十分缺乏。因此，通過深入研究與果實品質變化密切相關的糖基轉移酶的酶學特性、代謝調控等，將為改良果實品質提供新思路，具有良好的研究價值和應用前景。

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