促进抗氧化“神器”产生 | 吉林农大王玉华组揭示氧化应激促进虾青素积累机制

张晶  吉林农业大学  | 撰文

虾青素是目前发现的最强抗氧化剂，也被称为唯一的第四代抗氧化剂。红发夫酵母是天然虾青素的良好来源。研究表明，高强度光照、氮饥饿、氧化应激和其他环境胁迫条件可能诱导虾青素积累，然而现有的一些研究数据，不足以揭示胁迫条件促进虾青素积累的机制。

近日，工程技术1区top期刊Bioresource Technology (IF=7.539) 发表吉林农业大学食品生物制造与健康食品创制团队王玉华教授组题为“Astaxanthin overproduction and proteomic analysis of Phaffia rhodozyma under the oxidative stress induced by TiO2”的最新研究成果。研究人员运用高通量蛋白质组学，结合靶向蛋白质组PRM技术，深入解析氧化应激物质TiO2促进红发夫酵母虾青素合成的蛋白质表达水平全局变化，揭示了胁迫条件促进红发夫酵母虾青素积累的机制。景杰生物为该研究的蛋白质组学分析提供了技术支持。

我们特别邀请到本文的第一作者，吉林农业大学张晶博士，为我们分享该研究的主要内容和科研故事。

 

研究人员使用TiO2（500mg/L）处理红发夫酵母，运用流式细胞术等技术发现，TiO2可引起酵母细胞内ROS的显著增加，但不会促进酵母细胞的凋亡，原因是在酵母生长的对数中期，SOD、CAT发挥了抗氧化作用，虾青素产量显著增加是酵母生长稳定期清除细胞内ROS的主要原因。

 

图1  研究技术流程

TMT标记的高通量蛋白质组学技术，进一步揭示了胁迫条件下提高红法夫酵母蛋白质组表达的整体变化。研究共鉴定到3,193个可定量表达的红酵母中对数期差异表达蛋白，结果表明，TiO2可能改变红酵母虾青素合成途径的翻译过程相关蛋白，调节虾青素合成的膜系统。靶向蛋白质组学PRM技术对15个重要差异表达蛋白进行精确定量，证实了TiO2通过改变红发夫酵母中芽位选择蛋白、泛素-40s核糖体蛋白s31融合蛋白、细胞周期控制蛋白、C-4甲基甾醇氧化酶和谷氧还蛋白的表达水平促进了虾青素的合成。

 

图2  TiO2胁迫后红发夫酵母中差异表达蛋白的功能富集分析

综上所述，该研究应用蛋白质组学技术分析了TiO2胁迫后酵母中蛋白质表达水平的变化情况，发现与虾青素合成有关的芽位选择蛋白、泛素-40s核糖体蛋白s31融合蛋白、细胞周期控制蛋白、C-4甲基甾醇氧化酶和谷氧还蛋白差异表达，揭示了胁迫条件促进红发夫酵母虾青素积累的机制，为促进红发夫酵母工业化生产天然虾青素提供了一定的理论基础，对加快天然虾青素的大规模生产具有重要的意义。

致谢：感谢吉林农业大学王玉华教授课题组的支持，以及张晶博士带来的精彩分享！

专家简介

王玉华教授，博士生导师，吉林省食品生物制造科技创新中心主任，吉林农业大学食品加工与安全学科带头人，吉林省食品学会副秘书长，吉林省微量元素科学研究会与食品专业委员会副主任委员。吉林省高校新世纪科学技术优秀人才，省第五批拔尖创新人才，省突出贡献中青年专家，省青年科技奖获得者。主持国家自然科学基金、科技部“十三五”重点研发项目，“十二五”科技支撑、农业农村部948项目、吉林省科技重大攻关项目等各级各类课题共计15项。获“美国药理学与治疗学协会”临床及成果转化药理学青年科学奖1项；作为第三完成人获得国家科技进步二等奖1项，主持完成吉林省科技进步一等奖1项、二等奖1项；吉林省自然科学学术成果奖一等奖2项。发表学术期刊论文80余篇，其中SCI/EI收录36篇，获国家授权发明专利9件。

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参考文献：

Jing Zhang, et al., 2020. Astaxanthin overproduction and proteomic analysis of Phaffiffiffia rhodozyma under the oxidative stress induced by TiO2. Bioresource Technology.

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