กิจกรรมของเอนไซม์ Hydroxymethylpyrimidine Kinase/Thiamine-Phosphate Pyrophosphorylase ในระหว่างการเจริญของเมล็ดข้าว
คำสำคัญ:
ไทอามีน , ข้าว , ไฮดรอกซีเมททิลไพริมิดีน ไคเนส , ไทอามีน-ฟอสเฟต ไพโรฟอสโฟรีเลสบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์และที่มา : ไทอามีน (thiamine) หรือวิตามินบี 1 (vitamin B1) เป็นวิตามินที่สำคัญต่อการทำงานของร่างกาย สามารถพบได้ในข้าว ธัญพืชอื่น ๆ เนื้อสัตว์ ไข่แดง เป็นต้น ซึ่งข้าวเป็นธัญพืชที่สำคัญเนื่องจากเป็นแหล่งคาร์โบไฮเดรตสำคัญ ของประชากรส่วนใหญ่ โดยเฉพาะในเอเชีย ซึ่งข้าวแต่ละพันธุ์มีปริมาณไทอามีนแตกต่างกัน ดังนั้นจึงทำการหาปริมาณไทอามีนในข้าวกล้องของข้าวพันธุ์ต่าง ๆ เพื่อศึกษาความแตกต่างในข้าวแต่ละพันธุ์ นอกจากนี้เอนไซม์ Hydroxymethylpyrimidine kinase/thiamine-phosphate pyrophosphorylase (HMPPK/ TMP-PPase) เป็นเอนไซม์สำคัญเอนไซม์หนึ่งในวิถีการสังเคราะห์ไทอามีน ในการศึกษานี้จึงทำการหากิจกรรมของเอนไซม์ HMPPK/TMP-PPase เพื่อศึกษาระดับและรูปแบบกิจกรรมของเอนไซม์ในเมล็ดที่เจริญในระยะต่าง ๆ
วิธีดำเนินการวิจัย : ทำการปลูกข้าว 3 พันธุ์ ได้แก่ กข11 (RD11) กข43 (RD43) และสุพรรณบุรี 1 (SPR1) ที่ปลูกในสภาพแวดล้อมและช่วงเวลาเดียวกัน จากนั้นนำข้าวกล้องที่ได้จากระยะเก็บเกี่ยวมาทำการสกัดด้วยน้ำและนำไปหาปริมาณไทอามีนโดย high performance liquid chromatography และได้ทำการสกัดและหากิจกรรมของเอนไซม์ HMPPK/TMP-PPase จากเมล็ดข้าวในระยะดอกบาน ระยะน้ำนม ระยะข้าวเม่า และระยะเก็บเกี่ยว
ผลการวิจัย : จากการทดลองพบว่า ข้าวแต่ละพันธุ์มีปริมาณไทอามีนแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (Tukey HSD, P£0.05) โดยที่ข้าวพันธุ์ กข11 มีปริมาณไทอามีนมากที่สุด 97 นาโนกรัมต่อเมล็ด รองลงมาได้แก่ พันธุ์สุพรรณบุรี1 และพันธุ์กข1 มีปริมาณไทอามีน 81 และ 74 นาโนกรัมต่อเมล็ด ตามลำดับ สามารถแบ่งข้าวที่ศึกษาในครั้งนี้ออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่มีปริมาณไทอามีนสูง ได้แก่ พันธุ์กข11 และกลุ่มที่มีปริมาณไทอามีนต่ำ ได้แก่ พันธุ์สุพรรณบุรี1 และพันธุ์กข43 และข้าวทั้งสามพันธุ์นี้มีรูปแบบกิจกรรมการแสดงออกของเอนไซม์ HMPPK/TMP-PPase ที่สอดคล้องกัน คือ กิจกรรมของเอนไซม์เกิดน้อยที่สุดพบได้ในระยะดอกบาน แล้วกิจกรรมของเอนไซม์จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อข้าวอยู่ในระยะน้ำนม จนในระยะข้าวเม่ากิจกรรมของเอนไซม์จะสูงที่สุด และพบว่าเมื่อข้าวเจริญเข้าสู่ระยะเก็บเกี่ยว กิจกรรมของเอนไซม์จะลดลง โดยที่ข้าวพันธุ์กข11 มีระดับของกิจกรรมสูงที่สุด (0.37 n mole/mg protein/min) ในขณะที่ระดับกิจกรรมของเอนไซม์ HMPPK/TMP-PPase ในข้าวพันธุ์สุพรรณบุรี 1 และกข43 มีระดับใกล้เคียงกัน (0.20 และ 0.13 n mole/mg protein/min ตามลำดับ)
สรุปผลการวิจัย : ระดับกิจกรรมของเอนไซม์ HMPPK/TMP-PPase มีความแตกต่างกันในแต่ละระยะการเจริญ และสอดคล้องกับปริมาณไทอามีนที่พบในข้าวกล้องของข้าวทั้ง 3 พันธุ์ ทั้งนี้ข้อมูลที่ได้จะเป็นประโยชน์สำหรับใช้ในการปรับปรุงพันธุ์เพื่อพัฒนาพันธุ์ข้าวไทอามีนสูงต่อไป
References
Balakrishna, A.K., & Farid, M. (2020). Enrichment of rice with natural thiamine using high-pressure processing (HPP). Journal of Food Engineering, 110040, 1-8.
Belanger, F.C., Leustek, T., Chu, B., & Kriz, A.L. (1995). Evidence for the thiamine biosynthetic pathway in higher-plant plastids and its developmental regulation. Plant Molecular Biology, 29(4), 809-21.
Chen, J., Cao, F., Li, H., Shan, S., Tao, Z., Lei, T., Liu, Y., Xiao, Z., Zou, Y., Huang, M., & Abou-Elwafa, S.F. (2020). Genotypic variation in the grain photosynthetic contribution to grain filling in rice. Journal of Plant Physiology, 253, 153269, 1-7.
Golda, A., Szyniarowski, P., Ostrowska, K., Kozik, A., & Rapala-Kozik, M. (2004). Thiamine binding and metabolism in germinating seeds of selected cereals and legumes. Plant Physiology and Biochemistry, 42(3), 187-195.
Goyer, A. (2010). Thiamine in plants: Aspect of its metabolism and functions. Phytochemistry, 71, 1615-1624.
Graziano, S., Marmiroli, N., & Gullì, M. (2020). Proteomic analysis of reserve proteins in commercial rice cultivars. Food Science and Nutrition, 8(4), 1788-1797.
Huang, J., Pan, Y., Chen, H., Zhang, Z., Fang, C., Shao, C., Amjad, H., Lin, W., & Lin, Wen. (2020). Physiochemical mechanisms involved in the improvement of grain-filling, rice quality mediated by related enzyme activities in the ratoon cultivation system. Field Crops Research, 258, 107962, 1-13.
Kim, Y. S., Nosaka, K., Downs, D. M., Kwak, J. M., Park, D., C., K., & Nam, H. G. (1998). A Brassica cDNA clone encoding a bifunctional hydroxymethylpyrimidine kinase/thiamin-phosphate pyrophosphorylase involved in thiamin biosynthesis. Plant Molecular Biology, 37(6), 955-966.
Lee, J., & Koh, H.J. (2011). A label-free quantitative shotgun proteomics analysis of rice grain development. Proteome Science, 9, 61, 1-10.
Li, K., Wang, D., Gong, L., Lyu, Y., Guo, H., Chen, W., Jin, C., Liu, X., Fang, C., & Luo, J. (2019). Comparative analysis of metabolome of rice seeds at three developmental stages using a recombinant inbred line population. The Plant Journal, 100, 908–922.
Mangel, N., Fudge, J.B., Gruissem, W., Fitzpatrick, T.B., & Vanderschuren, H. (2022). Natural variation in vitamin B1 and vitamin B6 contents in rice germplasm. Frontier in Plant Science, 13, 856880, 1-19.
Marrs, C., & Lonsdale, D. (2021). Hiding in plain sight: Modern thiamine deficiency. Cells, 10, 1-20.
Moongngarm, A., & Saetung, N. (2010). Comparison of chemical compositions and bioactive compounds of germinated rough rice and brown rice. Food Chemistry, 122, 782-788.
Minhas, A.P., Tuli, R., & Puri, S. (2018). Pathway editing targets for thiamine biofortification in rice grains. Frontier in Plant Science, 9, 975, 1-8.
Phosaeng, M., Junprasert, K., & Phraprasert, P. (2018). Variability of thiamine concentration in Thai rice. Burapha Science Journal, 23 (2), 1084-1093.
Phosaeng, M., & Phraprasert, P. (2019). Grain morphology and thiamine content in Thai rice (Oryza sativa L.) grains. Thai Agricultural Research Journal, 37(2), 151-164.
Rapala-Kozik, M., Kowalska, E., & Ostrowska, K. (2008). Modulation of thiamine metabolism in Zea mays seedlings under conditions of abiotic stress. Experimental Botany, 59(15), 4133-4143.
Rice Department. (2019). Certified Rice Varieties That Popularly Grown Today. Bangkok: Art Qualify.
Whitfield, K.C., Bourassa, M.W., Adamolekun, B., Bergeron, G., Bettendorff, L., Brown, K.H., Cox, L., Fattal-Valevski, A., Fischer, P.R., Frank, E.L., Hiffler, L., Hlaing, L.M., Jefferds, M.E., Kapner, H., Kounnavong, S., Mousavi,M. P.S., Roth, D.E., Tsaloglou, M.-N., Wieringa, F., & Combs Jr., G.F. (2018). Thiamine deficiency disorders: diagnosis, prevalence, and a roadmap for global control programs. Annals of the New York Academy of Science, 1430, 3–43.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Burapha Science Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) licence, unless otherwise stated. Please read our Policies page for more information
