扬课题名称 灵芝5-羟色胺-N-乙酰基转移酶克隆及功能活性验证课题性质 radic;基础研究应用课题 设计型 调研综述 理论研究研究背景：褪黑素(melatonin)又称松果体素，是由哺乳动物和人类松果体产生的一种胺类激素，1958年，耶鲁大学皮肤专家Lerner从牛的松果体组织匀浆中首次提取出褪黑素并鉴定了其化学结构[1]，其分子式为C13N2H16O2，化学名称为N-乙酰基-5-甲氧基色胺。
褪黑素最初被认为是一种只存在于人和动物中的信号物质， 作为自由基清除剂和抗氧化剂保护有机体免受环境和内在的氧化胁迫[2，3]，在人体中褪黑素具有增强免疫力、延缓衰老、调节昼夜节律等作用[4]，1995 年首次在植物中发现有褪黑素[5,6]，这使得越来越多的植物学家和农业科学家开始关注褪黑素[7]，阐明合成和代谢途径有助于理解植物褪黑素的动态积累和多种生理功能。
在过去的5年中，褪黑素合成途径的研究取得重要的突破。
由色氨酸生成褪黑素需要经过4个连续的酶促反应， 第一步酶促反应是由色氨酸脱羧酶（TDC）催化，产物是色胺，这在植物血清素的合成研究中就已得到阐明，色胺-5-羟化酶（T5H）是褪黑素合成的第二个酶，催化色胺转化为5-羟色胺(serotonin)，并在水稻中首次研究了T5H的酶活特性；第三步酶促反应是由5-羟色胺-N-乙酰基转移酶（SNAT）催化5-羟色胺形成N-乙酰基-5-羟色胺，最后一步由N-乙酰基-5-羟色胺-甲基转移酶(ASMT)催化，形成产物褪黑素[8,9]。
在这四步酶促反应中，TDC、T5H主要催化色氨酸产生5-羟色胺，SNAT、ASMT主要催化5-羟色胺形成褪黑素，T5H、SNAT由单拷贝基因编码，TDC、ASMT由至少三拷贝的小基因家族编码，4种酶基因的过表达或抑制分析表明TDC和SNAT为褪黑素合成的限速酶[10]。
近些年的研究表明，上述四种酶中的5-羟色胺-N-乙酰基转移酶对于褪黑素的合成中起着重要的作用。
将酶-芳烷基胺 N-乙酰转移酶(AANAT)与羟基吲哚O-甲基转移酶(HIOMT)基因导入到烟草(秦烟95)中，测定转基因植株的褪黑素含量及抗氧化水平的变化，结果表明，YXu55（含庆大霉素抗性标记和AANAT-HIOMT基因）转基因株系的褪黑素含量显著高于pZP122（仅含庆大霉素抗性标记，不含AANAT-HIOMT基因的空白质粒）的转基因株系和未转基因的对照植株；在抗氧化研究方面，将空白质粒pZP122转化的植株和其亲本未转基因植株相比，转AANAT-HIOMT基因的植物株系的总抗氧化能力明显提高（P＜0.05差异显著），超氧化物歧化酶（SOD），过氧化物酶（POD），过氧化氢酶（CAT）活性和谷胱甘肽（GSH）浓度也有所提高（P＞0.05差异不显著）；而丙二醛（MDA）含量并未因外源基因的导入而发生改变（P＞0.05差异不显著），这表明芳烷基胺 N-乙酰转移酶(AANAT)与羟基吲哚O-甲基转移酶(HIOMT)对植物的褪黑素含量及抗氧化能力都起着至关重要的作用[11,12]；将人的SNAT基因转入水稻， 转基因后代褪黑素含量得到提高，也提高了叶绿素含量[13]，并表现出对低温胁迫的抗性；将羊的OaSNAT基因转入水稻[14]，褪黑素含量得到提高并促进了根系生长，其T3后代植株表现出较强的抗除草剂诱导的氧化胁迫。
然而，至今仍没有直接的证据表明植物中存在AANAT活性或拥有AANAT类似物， 高等植物中也没有克隆到相应基因， 但是在水稻和裸子植物厚皮刺果松中克隆到了另外一个基因SNAT[15]， 这个基因编码的SNAT能够代替AANAT催化5-羟色胺形成N-乙酰基-5-羟色胺。
在拟南芥中克隆到AtSNAT[16,17]， 发现SNAT在催化5-甲氧基色胺转化为褪黑素的过程中也具有较高的活性，而AtCOMT具有甲基化5-羟色胺转化为5-甲氧基色胺的活性， 这表明5-羟色胺既可以被SNAT催化为N-乙酰-5羟色胺[17,18]， 也可以被COMT催化为5-甲氧基色胺[19,20]，然后再分别被COMT和SNAT催化为褪黑素。
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