甜菜素是一类天然的水溶性含氮色素,包括甜菜红素和甜菜黄素,主要存在于石竹目植物中。它与花青素相互排斥,具有着色、传导信号、调节渗透压、清除自由基和抗氧化作用,广泛应用于食品着色、医疗保健、化妆品制造等行业。在甜菜素生物合成途径的三个关键酶促反应中,L-酪氨酸的羟基化(单酚酶活性)和L-多巴的氧化(双酚酶活性),这两个反应步骤被认为是由酪氨酸酶催化完成的,但缺乏分子生物学证据。实验室前期从红柄甜菜中分离出了酪氨酸酶及其基因BvcTYR。本研究对该基因的功能进行了解析,得到如下主要结果：红柄甜菜基因组中至少含有6个拷贝的BvcTYR或其同源基因。qRT-PCR结果表明,BvcTYR转录水平在根部最高,其次为叶片和叶柄,且随生育期而发生变化,转录本丰度在根部的8叶期、叶片和叶柄的10叶期达到峰值。BvcTYR的酶活也展现出类似的趋势,在根部的活性远高于叶片和叶柄,且活性随着生育期而发生变化,但其峰值期出现在10叶期,较转录本丰度的峰值期落后1个时期。甜菜素的含量也是根部远高于叶片和叶柄,在10叶期达到峰值。由这些结果推测,BvcTYR的转录本丰度、酶活性与甜菜素含量之间具有相关性。此外,亚细胞定位结果表明,BvcTYR可能为细胞质定位蛋白。在花青素植物烟草中稳定表达了BvcTYR。体内和体外酶活检测显示,超表达的烟草植株不仅获得了羟基化L-酪氨酸和L-酪胺的单酚酶活性,而且增强了氧化L-多巴的双酚酶活性,为野生型的3-5倍。将超表达烟草中的BvcTYR进行RNA干扰后,BvcTYR的表达量显著降低,单酚酶和双酚酶活性均显著降低。在甜菜素植物青杆甜菜中瞬时超表达了BvcTYR。超表达青杆甜菜的BvcTYR表达量为野生型的2倍,单酚酶和双酚酶活性比野生型分别提高了20%和95%。在红叶甜菜中RNA干扰了BvcTYR,被干扰的叶片褪去部分红色,在绿叶红柄甜菜的叶片中,空载体EV和RNAi都显著增加了BvcTYR转录本的丰度、L-酪氨酸的羟基化酶活性和L-多巴的氧化酶活性、甜菜红素与甜菜黄素的含量,但由于RNAi抑制了酪氨酸酶的部分酶活反应,增加量较EV少。对绿叶红柄甜菜的叶柄进行了BvcTYR的RNA干扰,受干扰的红色叶柄褪色,呈现出淡黄色。以上结果得出,克隆的红柄甜菜酪氨酸酶基因BvcTYR,可能至少参与了甜菜素生物合成途径中L-酪氨酸的羟基化,即第1步反应。甜菜素植物酪氨酸酶基因功能的确定,不仅为甜菜素生物合成途径的解析提供了分子生物学支持,而且为在非甜菜素代谢植物中异源合成甜菜素奠定了基础。