植物（烟草）维生素B6的代谢转换与调控

VB6 consists of six interconvertible pyridine compounds including PN, PM, PL and their phosphorylated derivatives, PNP, PMP and PLP. As an important secondary metabolite, VB6 plays a crucial role in plant growth and development, acts as efficient antioxidants to increase tolerance to biotic and abiotic stresses, and is an important nutrition for human and animals. At present, the de novo synthesis pathway of VB6 in plants has been clear, and the metabolic conversion of VB6 after de novo synthesis is more important, but still a lot of unknown. Tobacco, an important model and economic plant, its VB6 biosynthetic pathway was first illuminated. We have successfully revealed the metabolic conversion of VB6 in tobacco, obtained important information and clues for further study, put forward the regulation hypothesis about VB6 metabolic conversion and cloned the genes of metabolic enzymes. In this project, we intend to use tobacco continually, focus on the PLP phosphatase, PL reductase and PM-pyruvate transaminase, establish the experimental model by genetic manipulation techniques, further reveal the balance site and the regulatory mechanism of VB6 metabolic conversion at the molecular level of enzyme action, including the regulation of PLP and PL levels, the physiological significance of PL and PM conversion, such important issues. The project also identify the important information about the genetic regulatory network involving VB6 metabolic conversions by combining transcriptomic and proteomic analysis, and explore the degradation of VB6 by identifying the degradation products and the action enzymes. This project is an original and cutting-edge research, and aims to lay a foundation for the theoretical research on the mechanism of VB6 action in plants, provide the theoretical basis for the application research to improve the VB6 content in food plant, and enhance the ability of plants to adapt adversity by utilizing VB6 special physiological functions.

VB6包括6个吡啶衍生物。植物合成的VB6对植物自身的生长发育和逆境适应，以及人和动物营养具有重要意义。目前，植物VB6的从头合成途径已经明确，合成后的代谢转换更加重要，但还知之甚少。我们成功解析了植物（烟草）体内VB6的代谢转换，获得了重要调控信息和研究线索，提出了代谢转换的调控假说并克隆出代谢酶基因。本项目继续使用烟草，以PLP磷酸酶、PL还原酶和PM-丙酮酸转氨酶为焦点，采用基因操作技术构建实验模型，在酶作用分子水平上明确VB6代谢转换的平衡位点、PLP和PL水平的调控机制、PL和PM相互转换的生理意义等重要问题；结合转录组和蛋白组学分析，获取涉及VB6代谢转换的基因调控网络重要信息；通过降解产物和作用酶的鉴定，探索VB6的降解问题。本项目为原创性和前沿性研究，为阐明植物体内VB6作用机理的理论研究奠定基础，为提高食源性植物的VB6含量和增强植物逆境适应能力的应用研究提供理论依据。

维生素B6（VB6）是一类吡啶衍生物的总称，包括吡哆醇（PN）、吡哆胺（PM）、吡哆醛（PL），磷酸吡哆醇（PNP）、磷酸吡哆胺（PMP）和磷酸吡哆醛（PLP）。其中，PLP是140多种细胞酶的辅酶，涉及广泛的代谢和调节过程。植物是自然界VB6的主要制造者，植物合成的VB6对植物自身的生长发育和逆境适应具有重要意义。人和动物从食物中获得VB6，通过PL激酶和PNP氧化酶构成的补救途径合成PLP。目前，植物VB6的从头合成途径已经明确，合成后的代谢转换更加重要，但还知之甚少。我们成功解析了植物（烟草）体内VB6的代谢转换，获得了重要调控信息和研究线索，提出了代谢转换和调控假说。本项目继续使用烟草，以VB6代谢酶PL激酶、PNP氧化酶、PLP磷酸酶、PL还原酶、PM-丙酮酸转氨酶等为研究对象，专注于其功能和作用鉴定；进一步采用基因操作技术构建实验模型，试图在酶作用分子水平上明确VB6代谢转换的平衡位点、PLP和PL水平的调控机制、PL和PM相互转换的生理意义等重要问题；结合转录组和蛋白组学分析，获取涉及VB6代谢转换的基因调控网络重要信息。同时，通过VB6降解产物和降解酶的鉴定，探索VB6的降解问题。结果表示：植物细胞溶胶中从头合成的游离PLP首先受磷酸酶的作用水解成PL，然后与PN和PM一起进入细胞器，PL激酶在各种细胞器中发挥作用，而PNP氧化酶与PL激酶在叶绿体中共同作用维持PLP水平的稳定。植物体内VB6代谢酶的基因表达存在联动调节机制，可能是VB6水平稳定机制的重要环节。PLP磷酸酶对维持叶绿体内PLP水平的稳定发挥重要作用。植物体内VB6参与抗逆作用，VB6代谢酶的基因表达受环境因子的调节。虽然没有能够从烟草鉴定出VB6降解酶和相应的降解产物，但结果支持我们根据前期研究，推测VB6的降解是通过叶际微生物实现的，植物可能和叶际微生物共同完成VB6代谢循环的假说。