基因工程改造葡萄酒品质

        目前，大部分的葡萄酒蛋白都  被证实属于致病相关蛋白  （PR  proteins）。在生长季节，这些蛋白质在葡萄藤叶以及浆果中以发育依赖性和可诱导的方式表达，人们认为这些蛋白在叶和果实部位的表达，扮演着抗真菌以及其他逆境条件的角色。因为它们对于蛋白水解和葡萄酒特有的低pH值条件具有天然的抗性，葡萄酒的酿造过程也可以被视为纯化葡萄PR蛋白质的策略。这些蛋白质在葡萄酒内不可避免的积累是一个技术上的恼人之处，因为它们对于葡萄酒的纯度和稳定性具有负面影响。对葡萄品种进行遗传修饰，使PR蛋白的表达量下调将能够提高葡萄酒的稳定性，但是却又会增加植株本身对真菌的易感性，而且目前的研究潮流确实是向相反的方向进行的，既通过增加植株内这些蛋白质的含量从而增加植物对抗疾病发生的能力——这一潮流也很可能引发在改造葡萄品种中关于蛋白质不稳定性的一些问题。

        葡萄应该是全球范围内具有最高经济价值的水果，体现其果实在生产葡萄酒、果汁、餐桌水果、葡萄干以及多种有机化合物中的重要作用。Vitis.vinifera是其中最重要的一种栽培品种，因为它在葡萄酒制造中品质最佳。但是，V.vinifera对多种疾病都表现出易感性。真菌感染是全世界葡萄种植业面临的一个主要问题（表1）。对葡萄栽培威胁最大的真菌疾病的病原是白粉菌和霜霉菌，它们是在19世纪由美洲本地野生的Vitis传入欧洲的。一般而言，通过降低植株的生命力和感染浆果后导致繁殖力低下，真菌的感染会导致葡萄减产以及浆果和葡萄酒品质的下降。对于这类疾病的控制一般都是通过大面积的使用真菌毒剂实现。这种方法在经济学上的成本以及对于环境的负面影响使得人们考虑寻求其他的替代策略，包括增强宿主的抵抗机制。



        病理发生相关蛋白

        致病相关性蛋白质（PR  proteins）是一类典型的酸性蛋白，具有低分子质量，并对蛋白水解和低pH值具有高抗性。它们包括14个在结构和功能上不相关的蛋白质家族，其中一些已经在葡萄藤中被检测到（见表2）。这些家族中的若干成员表现出能够破坏寄生物的结构的活性，因此在体外生化分析中具有抗真菌的作用，暗示这些蛋白在植物防御机制中可能扮演的角色。这类蛋白包括PR-5（类奇甜蛋白以及逆渗透蛋白）、PR-2（p-1，3-葡聚糖酶）、PR-3和PR-4蛋白（几丁质酶chitinases），后者是能分别催化3-1，3-葡聚糖和几丁质水解的酶。3-1,3-葡聚糖和几丁质都是大多数高等真菌的细胞壁组分。

        已经有一些关于PR蛋白在葡萄中的诱导表达，以及它们在葡萄生长季节中积累的报道。这一现象在健康的葡萄浆果中，以发育依赖性的方式发生，是果实成熟过程中的一种正常现象，葡萄的成熟很明显诱导了这些基因的表达。在葡萄成熟过程中，编码PR蛋白的基因表达显著提高。成熟后，以每个浆果以及每克果肉（鲜重）为单位衡量，蛋白总量显著增加，但是在成熟过程中仅合成了大量蛋白中的少数几种。在葡萄成熟果中积累最多的两种可溶性蛋白是几丁质酶和类奇甜蛋白。有报道成熟的葡萄中一半的可溶性蛋白都是几丁质酶。          在叶子和未成熟果实中也可以诱导PR蛋白的表达，是属于经典PR蛋白基因诱导（创伤，化学刺激，真菌感染和厌氧压力）下的一类诱导防御反应。总之，这些过程调控PR蛋白在葡萄中的表达水平和比例，并且似乎依赖于栽培人员、地域、气候以及农业实践等因素。因此，在成熟的葡萄中蛋白质存在的实际形式是与精确的环境条件，以及植物生长过程中的病理情况相关的。在成熟葡萄中积累的蛋白质上是不一致的，近期的研究显示在植物生长过程中主导的环境条件将决定成熟的果实中积累的主要多肽种类。



        葡萄酒中的PR蛋白

        葡萄酒，如同许多其他天然的食品，包含多种多样的营养物质——其中最重要的是蛋白质。这些多聚物对于葡萄酒的营养价值并没有显著的贡献，因为它们在酒中的含量实在是微乎其微，数值大概波动在每升15~230mg。然而，它们却具有重要的技术和经济学上的意义，因为它们很大程度上影响着葡萄酒的清澈度和稳定性。白葡萄酒中蛋白质的不稳定性是经济酒类中最重要的非微生物破坏因素。酒中蛋白质的凝固形成不利的储存条件，从而导致它们的聚合。这些变性的蛋白质随即沉降从而形成无定形沉淀或沉积物；或者絮结在瓶装酒中产生悬浮的，令人不悦的胶状薄雾，从而降低了酒的经济价值，不利于销售。透明度是另一个影响酒的品质的关键性因素，因为它关系到酒对于消费者的第一印象，有胶状薄雾或者雾状沉淀的的葡萄酒会遭到理所当然的拒绝，不论它实际的口感有多美味。因此保证葡萄酒不论在何种储存条件下都能够维持稳定清澈是至关重要的。虽然葡萄酒中的大多数蛋白质具有很大的多样性，但是它们都在结构上相联系，并定义为PR蛋白，而不考虑葡萄品种、地域、年份以及酿造条件的多样性。更细节化的一项研究表明，主要的胶状薄雾形成蛋白质是几丁质酶（PR-3家族）以及类奇甜蛋白（PR-5家族），另外胶状薄雾形成蛋白组分中一个13kDa的小蛋白是属于PR-4家族。

        另一项研究结果显示，葡萄酒中含有大量（数十甚至可能上百种）不同种类的多肽，它们大多具有相似的分子质量但在电荷水平上有差异。在大多数葡萄酒的多肽中都可以观测到结构上的相似性，提示在PR蛋白之间很可能具有同源性，特别是在逆渗透蛋白和类奇甜蛋白之间。所有的葡萄的栽培变种都能合成一套PR蛋白，与参与在酒中形成胶状薄雾的相同。这些葡萄酒蛋白来源于葡萄酒浆，并由于其天然的对抗蛋白水解作用和酸性pH值的能力，在酿造过程中得以保存下来。由于这些原因，酿酒工艺可以被视为PR蛋白的“纯化策略”。葡萄中大部分的其他蛋白质或者在葡萄汁中发生沉淀，或者在蛋白酶解过程中被降解。矛盾的问题是，葡萄中的PR蛋白在短期和中期状态中（葡萄汁以及酿酒过程）是非常稳定的蛋白质，但在长期的状态下（葡萄酒）却变得不稳定。因此，PR蛋白在葡萄酒中不可避免的积累就成为了技术上的一大挑战，并且难以逾越。 (责任编辑：泉水)

搜索

热门标签:

基因工程改造葡萄酒品质