八氢番茄红素合成酶

八氢番茄红素合成酶（PSY）是类胡萝卜素生物合成途径中的第一个限速酶，它催化GGPP转化成八氢番茄红素，由 Psy 基因编码，其基因在 1987 年 Ray 等从番茄中获得，1992年 Brmaley证实了该基因。现还从辣椒、拟南芥、玉米、黄水仙、甜瓜和白芥等植物中分离出 Psy 基因。^[1]

通过对番茄和辣椒有色体的研究表明PSY,IDI和GGDS形成了一个200kDa的高分子复合体。由于八氢番茄红素是脂溶性，需要传递到膜上以供定位于膜上的酶催化形成下游的类胡萝卜素,因此,这个高分子复合体被认为是与膜相连的。研究发现IDI和GDPP均是可溶性的酶而 PSY 在所有质体中均与膜相连。利用豌豆叶绿体输出实验表明拟南芥和番茄PSY均分布在类囊体膜周围，辣椒PSY则定位在有色体基质中,在水仙PSY有两种存在方式,区别在于酶的可溶性,其中,不可溶的酶与膜相连具有很高的酶活性,而可溶性酶没有酶活性,除非提供半乳糖酯才具有酶活性。

在一些类胡萝卜素含量较低的植物组织中,Psy的表达水平是最重要的限速因子，比如柑橘愈伤,甘蓝型油菜和拟南芥种子。另有研究表明,的选择性剪切产生的4个转录本中,仅一个转录本编码有功能蛋白,导致有活性的PSY蛋白水平下降,造成小麦胚乳类胡萝卜素的含量发生变化,从而引起小麦胚乳颜色的差异。近来研究发现木薯只有Psy2基因存在一个SNP位点,该位点引起了氨基酸的突变,导致PSY2酶活性增强和贮藏根中类胡萝卜的快速积累。相似的情况也发生在辣椒中。^[2]

植物中八氢番茄红素合成酶基因最早是从番茄果实中获得的，经过研究者几年的努力，该基因被得到了进一步证实。接着，Bartley和Scolnik还从番茄中分离到了另一种PSY基因，命名为PSY2。进一步研究发现PSYI基因和PSY2基因功能是不同的：前者在番茄果实和花中特异性表达，而后者则主要在番茄叶片中表达。

除了番茄外，还从很多植物如玉米、胡椒、拟南芥、小麦、水仙、黄龙胆、向口葵、高粱、甜瓜、白芥等中克隆获得了PSY基因。最近几年还从柑橘、木薯、香蕉等果树中克隆出该基因，其中柑橘中克隆出2个全长都是1520bp的PSY基因，包括436的氨基酸残基，两者区别就在于第412个氨基酸；在木薯中分离出3个不同的PSY基因；澳大利亚昆士兰大学的Mlalazi等克隆出了香蕉中的2个旁系同源基因（PSY1和PSY2），两者的基因结构与其它单子叶植物中相应基因结构相似，并发现PSY2在果皮中表达量比叶片中更高。^[3]

实验表明PSY基因的cDNA长1.3kb -1.6kb，基因全长3.2kb -6.0kb,编码的蛋白质含409 -423个氨基酸。PSY序列在原核生物和真核生物中都非常保守。植物中的PSY与从细菌中分离获得的八氢番茄红素合成酶(crtB)具有较高的同源性。Busch 等发现烟草早期类胡萝卜素合成的双功能基因 Psy1 和 Psy2 的氨基酸和核苷酸同源性达 86%。PSY是类胡萝卜素代谢途径中的关键酶基因，研究者利用基因工程方法增加类胡萝卜素含量时，通常将其作为首选基因。^[3]