ルテインを豊富に含むDunaliella bardawil由来のリコピンβ-およびε-サイクラーゼの二機能性の同定

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Enzyme Microb. Technol..2019 Dec;131:109426. S0141-0229(19)30164-4. doi: 10.1016/j.enzmictec.2019.109426.Epub 2019-09-09.

ルテインを豊富に含むDunaliella bardawil由来のリコピンβ-およびε-サイクラーゼの二機能性の同定

The bifunctional identification of both lycopene β- and ε-cyclases from the lutein-rich Dunaliella bardawil.

Ming-Hua Liang
Zhi-Cong Liang
Hao-Hong Chen
Jian-Guo Jiang

PMID: 31615667 DOI: 10.1016/j.enzmictec.2019.109426.

抄録

好塩性緑藻Dunaliella bardawil FACHB-847は、ルテインとα-カロテンを豊富に含み、開放池でのカロテノイド生産に大きな可能性を秘めている。本研究では、D. bardawil FACHB-847由来のリコピンβ-およびε-サイクラーゼをコードする遺伝子（DbLcyBおよびDbLcyE）を大腸菌で遺伝子相補的に同定し、その機能を明らかにした。二機能性DbLcyBは、主要なβ-サイクラーゼ活性を有する単環式および二環式のβ-リングの形成を触媒するだけでなく、弱いε-サイクラーゼ活性を有していた。一方、DbLcyEはリコピンを単環式δ-カロテンに変換することを好み、弱いβ-モノサイクラーゼ活性を有していた。ルテインとα-カロテンはD. bardawil FACHB-847において顕著なカロテノイドであり、これは大腸菌においてDbLcyBとDbLcyEを共発現させ、α-カロテンを顕著な生成物として遺伝的に相補化した結果と一致していた。DbLcyBとDbLcyEの二機能性は、D. bardawil FACHB-847におけるα-カロテンの高蓄積に寄与している可能性がある。興味深いことに、D. bardawil FACHB-847におけるルテインの蓄積は塩ストレスに対してより敏感であったが、D. salina CCAP 19/18におけるβ-カロチンの蓄積は塩ストレスによって誘導された。要するに、これら2つのDunaliella種からの異なるカロテノイド組成物の産生は、異なる生育条件によって誘導され得る。

The halophilic green alga Dunaliella bardawil FACHB-847 is rich in lutein and α-carotene, which has great potential for carotenoid production in open ponds. In this study, genes encoding lycopene β- and ε-cyclases (DbLcyB and DbLcyE) from D. bardawil FACHB-847 were functionally identified by genetic complementation in E. coli. The bifunctional DbLcyB not only catalyzed the formation of both mono- and bi-cyclic β-rings with a major β-cyclase activity, but also possessed a weak ε-cyclase activity. In contrast, DbLcyE preferred to convert lycopene into monocyclic δ-carotene, and possessed a weak β-monocyclase activity. Lutein and α-carotene were the prominent carotenoids in D. bardawil FACHB-847, which was in agreement with the result of genetic complementation of co-expression of DbLcyB and DbLcyE in E. coli with α-carotene as the prominent product. The bifunctional DbLcyB and DbLcyE may contribute to the high accumulation of α-carotene in D. bardawil FACHB-847. Interestingly, the accumulation of lutein in D. bardawil FACHB-847 was more sensitive to salt stress, while the accumulation of β-carotene in D. salina CCAP 19/18 was induced by salt stress. In brief, the production of different carotenoid compositions from these two Dunaliella species can be induced by different growth conditions.