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一些酵母在以烷烃或长链脂肪酸为碳源进行生长时,首先利用定位在内质网膜上的ω-氧化系统将烷烃或长链脂肪酸氧化形成羧酸或二羧酸,然后进入β-氧化为生物体生长提供碳源及能量。在ω-氧化中,烷烃或脂肪酸的亚甲基端依次由P450单加氧酶、产生过氧化氢的长链脂肪醇氧化酶(Long-chain fatty alcohol oxidase, FAO)及醛脱氢酶氧化分别生成ω-醇、ω-醛及ω-脂肪酸。研究表明,当酵母利用烷烃或长链脂肪酸为碳源时,催化第一步反应的P450单加氧酶是由CYP52基因家族的成员编码的。已经发现多种植物中存在与CYP52同源的基因,且这一类基因大都和植物的抗病抗逆相关。既然在植物中存在类似于酵母中催化ω-氧化第一步的酶,那么在植物中是否存在类似的FAO?其功能又是什么?本研究主要对拟南芥、百脉根及水稻这三种高等植物中的FAO基因进行了基因序列分析、生化功能及生理功能等方面的初步研究。首先利用酵母FAO的氨基酸序列对拟南芥全基因组序列进行搜索,发现四个与FAO同源性较高的基因,分别是AtFAO1(At1g03990)、AtFAO3(At3g23410)、AtFAO4a(At4g19380)和AtFAO4b(At4g28570)。通过RT-PCR方法获得了AtFAO1 (At1g03990), AtFAO4a (At4g19380)和AtFAO4b (At4g28570)三个基因的全长ORF。接着利用拟南芥的四个FAO全长氨基酸序列搜索百脉根的EST数据库,得到一个EST序列。根据该序列设计引物并以百脉根顶端cDNA为模板进行3’-RACE,得到一个1.4 kb的片段。以该片段为探针筛选百脉根cDNA文库并最终得到了LjFAO1基因。利用PCR方法得到全长为3.6 kb的LjFAO1基因基因组DNA。另外还通过cDNA文库筛选得到了百脉根中的LjFAO2。再利用拟南芥中FAO的氨基酸序列对水稻基因组进行tblastn及blastp搜索。结果显示在水稻基因组中存在四个FAO基因,一个位于2号染色体,命名为OsFAO1;另外三个在10号染色体上,分别命名为OsFAO2、OsFAO3和OsFAO4。对上述的10个FAO基因做序列分析发现:存在于高等植物中的FAO基因大多为三个外显子和两个内含子的基因结构;其氨基酸序列都具有酵母FAO蛋白的五个保守结构域。进化分析表明FAO在单双子叶植物中的分化是在单双子叶植物分化之后。将得到的基因序列用原核表达系统进行蛋白表达后检测酶活,结果只有AtFAO4b和LjFAO1两个蛋白能够催化长链脂肪醇的氧化。酶动力学分析表明,AtFAO4b和LjFAO1都具有底物特异性。利用Ni-NTA柱纯化这两个蛋白后进行电泳检测,结果都得到了单一的蛋白条带。对AtFAO3和AtFAO4b的表达模式进行了RT-PCR检测。结果显示:AtFAO3和AtFAO4b基因在整株中均有表达,但是其表达水平在不同组织部位存在差异;AtFAO3和AtFAO4b对低温胁迫响应不同。对AtFAO3和AtFAO4b的T-DNA插入突变体进行病原菌接种,发现病原菌感染对AtFAO3的T-DNA插入突变体生长没有影响,而AtFAO4b的T-DNA插入突变体表现出易感性增高。这些结果说明AtFAO3和AtFAO4b虽然都能够催化长链脂肪醇氧化,但是它们在植物体内的功能不相同。AtFAO4b可能在拟南芥脂肪代谢及细胞壁发育中具有重要的作用。RT-PCR分析显示LjFAO1在整株中都有表达,但是在顶端表达水平最高而在果荚中表达量最低。在8日龄的百脉根幼苗的顶端和子叶中,LjFAO1表达水平可被低温诱导下调。对公共数据库中水稻FAO基因的表达模式数据进行分析发现OsFAO1和OsFAO4的表达水平较高,OsFAO2和OsFAO3的表达水平较低,而且四个基因对逆境处理有不同的响应。上述结果说明,在高等植物中普遍存在FAO基因,拟南芥、百脉根与水稻的研究表明该类基因可能与植物的抗病抗逆相关。