CRT (genetyka)
CRT to klaster genów odpowiedzialny za biosyntezę karotenoidów . Geny te znajdują się w eubakteriach, algach i są tajemnicze w Streptomyces griseus .
Rola genów CRT w biosyntezie karotenoidów
Klaster genów CRT składa się z dwudziestu pięciu genów, takich jak crtA, crtB, crtC, crtD, crtE, crtF, crtG, crtH, crtI, crtO, crtP, crtR, crtT, crtU, crtV i crtY, crtZ . Geny te odgrywają rolę na różnych etapach biosyntezy astaksantyny i biosyntezy karotenoidów (Tabela 1).
crtE koduje enzym znany jako syntaza difosforanu geranylogeranylu, o którym wiadomo, że katalizuje reakcję kondensacji pirofosforanu izopentenylu (IPP) i pirofosforanu dimetyloallilu (DMAPP) do difosforanu geranylogeranylu (GGDP). Dwie cząsteczki GGDP są następnie przekształcane w pojedynczą fitoenu przez syntazę fitoenu , enzym kodowany przez crtB , znany jako PSY u Chlorophyta. Następująca po tym desaturacja fitoenu do ζ-karotenu jest katalizowana przez desaturazę fitoenu kodowaną przez crtI, crtP i/lub PDS. ζ-karoten można również otrzymać z fitoenu przy użyciu enzymu 2,4-desaturazy karotenu ( crtD ). W zależności od gatunku, po tych etapach gromadzą się różne karotenoidy.
spiryloksantyna
Spirilloksantyna jest otrzymywana z likopenu w wyniku reakcji hydratacji, desaturacji i metylacji. Reakcje te są katalizowane odpowiednio przez hydratazę karotenu ( crtC ), 3,4-desaturazę karotenu ( crtD ) i metylotransferazę karotenu ( crtF ).
kantaksantyna
Likopen jest cyklizowany przez dwa enzymy, cyklazę likopenową i β-C-4-oksygenazę / β-karotenową ketolazę, kodowane odpowiednio na crtY ( u Chlorophyta) / crtL (u sinic) i crtW . crtY cyklizuje likopen do β-karotenu, który jest następnie utleniany przez crtW , tworząc kantaksantynę.
zeaksantyna i luteina
Zeaksantynę i luteinę otrzymuje się w wyniku hydroksylacji α- i β-karotenu. Hydroksylacja zeaksantyny zachodzi przez hydroksylazę β-karotenu, enzym kodowany w crtR (u sinic) i crtZ (u Chlorophyta).
Inny
Zeaksantynę można dalej przetwarzać w celu uzyskania diglukozydu zeaksantyny za pomocą transferazy glukozylowej zeaksantyny ( crtX ).
Echinon jest otrzymywany z β-karotenu przez katalizujący enzym β-C-4-oksygenazę/β-karotenoketolazę ( crtO ). CrtO , znany również jako bkt2 u Chlorophyta, bierze również udział w konwersji innych karotenoidów do kantaksantyny, 3-hydroksyechinonu, 3'-hydroksyechinonu, adoniksantyny i astaksantyny. CrtZ , podobnie jak crtO , jest również zdolny do przekształcania karotenoidów w β-kryptoksantynę, zeaksantynę, 3-hydroksyechinon, 3'-hydroksyechinon, astaksantynę, adoniksantynę i adonirubinę.
crtH katalizuje izomeryzację cis-karotenów do trans-karotenów przez izomerazę karotenoidową.
crtG koduje 2,2'-β-hydroksylazę karotenoidową, enzym ten prowadzi do tworzenia produktów 2-hydroksylowanych i 2,2'-dihydroksylowanych w E. coli .
| Gen | Enzym | Reakcja katalizowana |
|---|---|---|
| crtE | Syntaza GGDP | Konwersja IPP i DMAPP na GGDP |
| crtB (PSY*) | Syntaza fitoenu | Konwersja GGDP do fitoenu |
| crtP (PDS*) | Desaturaza fitoenowa | Przemiana fitoenu w ζ-karoten |
| crt I | Desaturaza fitoeinowa | Przemiana fitoenu w ζ-karoten |
| crtQ | ζ- desaturaza karotenowa | Desaturacja ζ-karotenu do likopenu |
| crtH | Izomeraza karotenoidowa | Izomeracja karotonów cis do trans |
| crtY (lcy-E) | Cyklaza likopenowa | Cyklizacja likopenu |
| crtL (lcy-B) | Cyklaza likopenowa | Cyklizacja likopenu |
| crtD | 3,4-desaturaza karotenu | Konwersja fitoenu do ζ-karotenu |
| crtA | Monooksygenaza sferoidenowa | Konwersja sferoidenu do sferoidenonu |
| crtR + | hydroksylaza β-karotenu (różne cyjanobakterie) | Hydroksylacja β-karotenu do zeaksantyny |
| crtZ* | hydroksylaza β-karotenu (różne Chlorophyta) | Hydroksylacja β-karotenu do zeaksantyny |
| crtX | Glukozylotransferaza zeaksantyny | Konwersja zeaksantyny do diglukozydu zeaksantyny |
| crtW (bkt2*) | β-C-4-oksygenaza / β-karoten ketolaza | Konwersja β-karotenu do kantaksantyny |
| crtO | β-C-4-oksygenaza / β-karoten ketolaza | Konwersja β-karotenu do echinonu |
| crtC | Hydrataza karotenowa | Konwersja neurosporenu do demetylosferoidenu i likopenu do pochodnych hydroksylowych |
| crtG | 2,2′-β-hydroksylaza karotenoidowa | Konwersja myksolu do 2-hydroksymyksolu i zeaksantyny do nostoksantyny |
| crtK | Regulacja karotenoidów | - |
| * W Chlorophyta, + W sinicach | ||
Filogeneza
Wcześniejsze badania wykazały poprzez analizę filogenetyczną, że wzorce ewolucyjne genów crt charakteryzują się poziomym transferem genów i zdarzeniami duplikacji genów .
Postawiono hipotezę, że poziomy transfer genów miał miejsce między sinicami a Chlorophyta , ponieważ podobieństwa tych genów stwierdzono we wszystkich taksonach. Należy jednak pamiętać, że niektóre cyjanobakterie zachowały swój charakter. Horyzontalny transfer genów między gatunkami zachodził z dużym prawdopodobieństwem w genach zaangażowanych w początkowe etapy szlaku biosyntezy karotenoidów, takich jak crtE, crtB, crtY, crtL, PSY i crtQ . Geny te są często dobrze konserwowane, podczas gdy inne zaangażowane w późniejsze etapy biosyntezy karotenoidów, takie jak crtW i crtO , są mniej konserwatywne. Mniej konserwatywny charakter tych genów pozwolił na ekspansję szlaku biosyntezy karotenoidów i jego produktów końcowych. Warianty aminokwasowe w crt ewoluowały w wyniku selekcji oczyszczającej i adaptacyjnej.
Podejrzewa się, że duplikacje genów miały miejsce z powodu obecności wielu kopii klastrów ctr lub genów w obrębie jednego gatunku. Przykład tego można zobaczyć w Bradyrhizobium ORS278 , w którym można znaleźć początkowe geny crt (z wyłączeniem genów crtC, crtD i crtF ), a także drugi klaster genów crt . Wykazano, że ten drugi klaster genów jest również zaangażowany w biosyntezę karotenoidów przy użyciu jego paralogów crt .