• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권2호
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• pp.145-153
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• 2018

Among the carotenoid biosynthesis genes, crtI gene encodes the phytoene desaturase (CrtI) enzyme, and phytoene desaturase convert phytoene to lycopene. Phytoene desaturase is involved in the dehydrogenation reaction, in which four single bonds in the phytoene are introduced into a double bond, eliminating eight hydrogen atoms in the process. Phytoene desaturase is one of the key regulating enzyme in carotenoid biosynthetic pathway of various carotenoid biosynthetic organisms. The crtI gene in genomic DNA of Paracoccus haeundaensis was amplified and cloned into a T-vector to analyze the nucleotide sequence. As a result, the crtI gene coding for phytoene desaturase from P. haeundaensis consists of 1,503 base pairs encoding 501 amino acids residues. An expression plasmid containing the crtI gene was constructed, and Escherichia coli cells containing this plasmid produced the recombinant protein of approximately 55 kDa, equivalent to the molecular weight of phytoene desaturase. The expressed protein in cell lysate showed enzymatic activity similar to phytoene desaturase. Phytoene and lycopene were analyzed by HPLC and measured at wavelength of 280 nm and 470 nm, respectively. The $K_m$ values for phytoene and NADPH were $11.1{\mu}M$ and $129.3{\mu}M$, respectively.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제28권10호
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• pp.1691-1699
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• 2018

A metabolically-engineered Deinococcus radiodurans R1 strain capable of producing phytoene, a colorless $C_{40}$ carotenoid and a promising antioxidant, has been developed. To make this base strain, first, the crtI gene encoding phytoene desaturase was deleted to block the conversion of phytoene to other carotenoids such as lycopene and ${\gamma}$-carotene. This engineered strain produced $0.413{\pm}0.023mg/l$ of phytoene from 10 g/l of fructose. Further enhanced production of phytoene up to $4.46{\pm}0.19mg/l$ was achieved by overexpressing the crtB gene encoding phytoene synthase and the dxs genes encoding 1-deoxy-$\text\tiny{D}$-xylulose-5-phosphate synthase gene, and by deleting the crtD gene. High cell-density culture of our final engineered strain allowed production of $10.3{\pm}0.85mg/l$ of phytoene with the yield and productivity of $1.04{\pm}0.05mg/g$ and $0.143{\pm}0.012mg/l/h$, respectively, from 10 g/l of fructose. Furthermore, the antioxidant potential of phytoene produced by the final engineered strain was confirmed by in vitro DPPH radical-scavenging assay.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제45권3호
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• pp.226-235
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• 2017

Phytoene, lycopene, ${\beta}-carotene$과 같은 카로티노이드는 식품의 착색제나 영양보조제, 사료첨가제, 화장품의 원료로 사용된다. 이전 연구에서 본 연구진은 분홍색의 색소를 생산하는 새로운 해양 세균인 K. gwangalliensis를 분리 동정하였다. Phytoene desaturase (CrtI) 효소는 crtI 유전자에 암호화되어 있으며, phytoene을 lycopene으로 전환하며, 카로티노이드 합성 초기 단계에 있어서 필수적이다. CrtI는 카로티노이드 생합성 조절의 주요 효소 중 하나이며, 다양한 카로티노이드를 생합성하는 생물들의 카로티노이드 생합성 경로에 있어서 속도 조절 단계에 관련이 있다. 본 논문에서는 K. gwangalliensis로부터 lycopene 생합성을 담당하는 crtI 유전자를 클로닝 하였으며, 이 유전자는 1,584개의 염기서열을 가지며, 527개의 아미노산을 암호화하고 있다. crtI 유전자의 염기 서열을 Kocuria rhizophila와 Myxococcus xanthus를 포함한 다른 종의 염기 서열과 비교한 결과, 진화 과정에서 잘 보존되어 있음을 확인하였다. crtI 유전자를 포함하는 발현 플라스미드를 구축하여 발현시킨 결과, 이 플라스미드를 함유하는 대장균은 약 57 kDa의 재조합 단백질을 생산화였으며, 이는 phytoene desaturase의 분자량에 해당한다. lycopene의 생합성은 lycopene 생합성에 필요한 crtE, crtB 유전자를 포함한 pRScrtEB plasmid를 E. coli에 형질전환 했을 때, Escherichia coli에서 합성되는 것을 확인하였다. 이 연구의 결과는 분자 수준에서 K. gwangalliensis CrtI의 1차 구조에 대한 폭 넓은 지식 기반을 제공할 것이다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권11호
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• pp.1801-1809
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• 2015

A phytoene synthase gene, crtB, was isolated from Kocuria gwangalliensis. The crtB with 1,092 bp full-length has a coding sequence of 948 bp and encodes a 316-amino-acids protein. The deduced amino acid sequence showed a 70.9% identity with a putative phytoene synthase from K. rhizophila. An expression plasmid, pCcrtB, containing the crtB gene was constructed, and E. coli cells containing this plasmid produced the recombinant protein of approximately 34kDa , corresponding to the molecular mass of phytoene synthase. Biosynthesis of lycopene was confirmed when the plasmid pCcrtB was co-transformed into E. coli containing pRScrtEI carrying the crtE and crtI genes encoding lycopene biosynthetic pathway enzymes. The results obtained from this study will provide a base of knowledge about the phytoene synthase of K. gwangalliensis and can be applied to the production of carotenoids in a non-carotenoidproducing host.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제42권2호
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• pp.92-96
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• 1999

To study the regulatory mechanism of isoprenoid (carotenoid) biosynthesis, we have compared the expression patterns of nine isoprenoid biosynthetic genes in Korean red pepper (Capsicum. annuum cv. NocKaung). The expression of geranylgeranyl pyrophosphate synthase gene was initially induced at early ripening stage (I1) and was rather slightly decreased during pepper fruit ripening. The ex-pression of phytoene synthase gene was strongly induced at semi-ripening stage (I2) and the phytoene desaturase transcript was maximally induced at the fully ripened stage (R). Our results suggest that genes encoding two 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase isozymes (HMGR1 and HMGR2) and farnesyl pyrophosphate synthase might be not so critical in pepper carotenoid biosynthesis but three genes encoding geranylgeranyl pyrophosphate synthase, phytoene synthase and phytoene desaturase were induced in a sequential manner and coordinately regulated during the ripening of pepper fruit.

• 한국약용작물학회:학술대회논문집
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• 한국약용작물학회 2010년도 심포지엄 및 추계학술발표회
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• pp.384-385
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• 2010

• 한국식품영양과학회지
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• 제33권2호
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• pp.455-462
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• 2004

토마토에는 라이코펜과 quercetin, phytoene, phytofluene, cyclolycopene, salicylates 그리고 tomatlne과 같은 다양한 생리활성 물질들이 함유되어 있으며, 이들은 라이코펜과 함께 항암작용에 관여하는 것으로 사료된다. 생리적 농도에서 라이코펜은 세포주기의 정지(arrest)와 세포 자가사멸을 통한 암세포의 생존률을 감소시키고, 사이클린을 조절하며, 세포간의 연락체계를 증가시키는 것으로 보고되고 있다. 라이코펜은 산화에 민감하여 매우 쉽게 산화물질을 만든다. 토마토 제품의 섭취는 혈중 phytoene, phytofluene 그리고 라이코펜 산화물질인 cyclolycopene의 농도를 유의적으로 증가시켰다. 또한 토마토나 토마토 제품을 통한 라이코펜의 섭취는 혈중 라이코펜의 농도를 최고 1.26 $\mu$M까지 증가시켰다. 다양한 암 부위 (cancer sites)를 통한 19건의 동물실험결과, 10건의 실험에서 라이코펜이 효과가 입증되었고, 7건의 실험에서는 통계적인 유의성이 밝혀지지 않았고, 2건의 전립선암 실험에서는 억제효과를 보이지 않았다. 임상실험에서 라이코펜 섭취와 토마토 제품섭취군 모두 백혈구와 전립선에서 의 DNA 산화물질을 감소시킴을 확인하였다. 라이코펜은 암화과정을 방해하는 생리활성 물질로 밝혀졌으나 phytoene, phytofluene 그리고 cyclolycopene의 역할에 관해서는 아직 밝혀져 있지 않다. 따라서 라이코펜과 토마토에 함유되어 있는 다른 식물성 화학성분들(phytochemicals) 간의 상호작용에 관해서는 좀 더 구체적이고 신뢰성 있는 연구가 필요하다.

• 농약과학회지
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• 제14권1호
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• pp.72-77
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• 2010

3차원적 정량적인 구조-활성관계(3D-QSARs: CoMFA 및 CoMSIA)에 기초하여 phytoene desaturase (PDS)에 대한 O-(2-phenoxy)ethyl-N-aralkylcarbamate 유도체(1-15)의 제초성 평가를 위한 R-phenoxy 치환기들의 구조적인 요건들을 정량적으로 검토하였다. CoMFA 1 모델의 예측성 및 상관성($r^2_{cv.}=0.753$ 및 $r^2_{ncv.}=0.964$)이 나머지 모델들보다 높았다. 최적화된 CoMFA 1 모델로부터 PDS 저해활성은 O-(2-phenoxy)ethyl-N-aralkylcarbamate 유도체들의 입체장(44.0%), 정전기장(36.3%) 및 소수성장(19.6%)에 의존적이었다. CoMFA 등고도 분석결과, phenoxy 고리상 meta-와 para-위치에는 입체적으로 큰 치환기, meta-위치는 음하전, para-위치의 바깥 부분에는 양하전, ortho- 및 para- phenoxy 고리 중앙의 바깥 부분에는 친수성 치환기가 그리고 meta-위치에 소수성 R-치환기가 각각 도입될 경우에 PDS에 대한 저해활성이 증가할 것으로 예측되었다.

• 한국약용작물학회:학술대회논문집
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• 한국약용작물학회 2011년도 춘계학술발표회
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• pp.460-461
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• 2011

• Journal of Microbiology
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• 제41권3호
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• pp.212-218
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• 2003

Citrus phytoene synthase (CitPsy) and ${\beta}$-carotene hydroxylase (CitChx), which are involved in caroteinoid biosynthesis, are distantly related to the corresponding bacterial enzymes from the point of view of amino acid sequence similarity. We investigated these enzyme activities using Pantoea ananatis carotenoid biosynthetic genes and Escherichia coli as a host cell. The genes were cloned into two vector systems controlled by the T7 promoter. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis showed that CitPsy and CitChx proteins are normally expressed in E. coli in both soluble and insoluble forms. In vivo complementation using the Pantoea ananatis enzymes and HPLC analysis showed that ${\beta}$-carotene and zeaxanthin were produced in recombinant E. coli, which indicated that the citrus enzymes were functionally expressed in E. coli and assembled into a functional multi-enzyme complex with Pantoea ananatis enzymes. These observed activities well matched the results of other researchers on tomato phytoene synthase and Arabidopsis and pepper ${\beta}$-carotene hydroxylases. Thus, our results suggest that plant carotenoid biosynthetic enzymes can generally complement the bacterial enzymes and could be a means of carotenoid production by molecular breeding and fermentation in bacterial and plant systems.