การสังเคราะห์ไทอามีนระหว่างการเจริญของเมล็ดข้าวพันธุ์ต่าง ๆ
Thiamine Biosynthesis during Grain Development of Rice Cultivars
Keywords:
ไทอามีน , วิตามินบี 1 , ข้าว, ระยะการเจริญของเมล็ด , HMPK/TMP-PPase, thiamine, vitamin B1, rice, grain developing stagesAbstract
ข้าวเป็นอาหารจากธัญพืชที่สำคัญชนิดหนึ่งของโลก มีคุณค่าทางโภชนาการที่สำคัญโดยเฉพาะวิตามินบี 1 หรือไทอามีน (thiamine) และมีรายงานว่าข้าวพันธุ์ต่างกันมีปริมาณไทอามีนต่างกัน ดังนั้นในการศึกษาครั้งนี้จึงทำการศึกษาปริมาณไทอามีนในข้าว 3 พันธุ์ ได้แก่ กข29 กข41 และพิษณุโลก 2 ที่ระยะเจริญเต็มที่ และได้ทำ การศึกษากิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/TMP-PPase(Hydroxymethylpyrimidine kinase/thiamine-phosphate pyrophosphorylase) ซึ่งเป็นเอนไซม์สำคัญในวิถีการสังเคราะห์ไทอามีน โดยศึกษาในแต่ละระยะการพัฒนาของเมล็ด ได้แก่ ระยะดอกบาน ระยะน้ำนม ระยะข้าวเม่าและระยะเจริญเต็มที่ จากการทดลองพบว่า ข้าว 3 พันธุ์ มีปริมาณไทอามีนอยู่ระหว่าง 0.068-0.072 µg/grain ส่วนการศึกษากิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/ TMP-PPase พบว่า เมื่อเมล็ดมีการพัฒนาหลังจากดอกบานกิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/TMPPase ต่อปริมาณโปรตีนมีแนวโน้มสูงขึ้นและสูงที่สุดในระยะข้าวเม่าจากนั้นลดลงในระยะเจริญเต็มที่ขณะที่กิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/TMP-PPase ต่อเมล็ดเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนในระยะน้ำนมและสูงที่สุดในระยะข้าวเม่าจากนั้นลดลงในระยะเจริญเต็มที่ โดยกิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/TMP-PPase ในทุกระยะการเจริญของเมล็ดของข้าวพันธุ์ กข41 กข29 และพิษณุโลก 2 มีค่าเฉลี่ยเป็น 0.034 0.041 และ 0.062 nmole/grain/min ตามลำดับ ซึ่งพบว่าระดับกิจกรรมของเอนไซม์ HMPK/TMP-Pase นี้มีแนวโน้มสัมพันธ์กับปริมาณไทอามีนที่สะสมในเมล็ดข้าว Rice is one of the most important cereals of the world. It is nutritious cereal grain include of vitamin B1 or thiamine. The difference cultivars of rice accumulate different amountof thiamine. In this study, thus, was quantified thiamine in 3 rice cultivars, RD29, RD41, and PSL 2, in their maturity (harvest) stage. The key enzyme of biosynthetic pathway, HMPK/TMP-PPase (Hydroxymethylpyrimidine kinase/thiamine-phosphate pyrophosphorylase), was also determined. Thiamine in 3 rice cultivars was between 0.068 - 0.072 µg/grain. The activity of HMPK/TMP-PPase increased from the flowering stage to milky stage and illustrated the highest activity in dough stage then decreased in maturitystage. The average activity of this enzyme on three diverse rice cultivars from every developmentstages were 0.034 0.041 and 0.062 nmole/ grain/min, respectively. The study demonstrates that the activity of HMPK/TMP-PPase trend related to thiamine accumulate in rice grain.References
Ampo, M., Asada, E., Takebayashi, M., Shibata, K., Mitsunaga, T., & Watanabe, K. (2007). Biosynthesis of thiamin-binding proteins in developing sesame seeds. Plant Biotechnology, 24, 331–334.
Batifoulier, F., Verny, M. A., Chanliaud, E., Remesy, C., & Demigne, C. (2006). Variability of B vitamin concentrations in wheat grain, milling fractions and bread products. European Journal of Agronomy, 25(2), 163-169.
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), 809-821.
Buchholz, M., Drotleff, A. M., & Ternes, W. (2012). Thiamin (vitamin B1) and thiamin phosphate esters in five cereal grains during maturation. Journal of Cereal Science, 56, 109-114.
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: Aspects of its metabolism and functions. Phytochemistry, 71(14-15), 1615-1624.
Goyer, A., & Haynes, K. G. (2011). Vitamin b1 content in potato: Effect of genotype, tuber enlargement, and storage, and estimation of stability and broad-sense heritability. American Journal of Potato Research, 88(4), 374-385.
Kawasaki, Y., Nosaka, K., Kaneko, Y., Nishimura, H., & Iwashima, A. (1990). Regulation of thiamine biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 172(10), 6145-6147.
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.
Mitsunaga, T., Matsada, M., Shimizu, M., & Iwashima, A. (1986). Isolation and properties of a thiamine-binding protein from buckwheat seed. Cereal chemistry, 63(4), 332-335.
Moongngarm, A., & Saetung, N. (2010). Comparison of chemical compositions and bioactive compounds of germinated rough rice and brown rice. Food Chemistry, 122, 782-788.
Nishimura, H., Uehara, Y., Sempuku, K., & Iwashima, A. (1984). Purification and some properties of thiamine-binding protein from rice bran. Nutritional science and vitaminology, 30, 1-10.
Phosaeng, M., Junprasert, K. & Phraprasert, P. (2018). Variability of thiamine concentration in Thai rice. Burapha Science Journal, 23(2), 1084-1093.
Phraprasert, P. (2015). The role of thiamine (vitamin b1) in plants. Burapha Science Journal, 20(2), 221-231.
Rapala-Kozik, M. (2011). Vitamin B-1 (Thiamine): A cofactor for enzymes involved in the main metabolic pathways and an environmental stress protectant. Biosynthesis of Vitamins in Plants: Vitamins a, B1, B2, B3, B5, Pt A, 58, 37-91.
Rapala-Kozik, M., Golda, A., & Kujda, M. (2009). Enzymes that control the thiamine diphosphate pool in plant tissues. Properties of thiamine pyrophosphokinase and thiamine-(di)phosphate phosphatase purified from Zea mays seedlings. Plant Physiol Biochem, 47(4), 237-242
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.
Rapala-Kozik, M., Olczak, M., Ostrowska, K., Starosta, A., & Kozik, A. (2007). Molecular characterization of the thi3 gene involved in thiamine biosynthesis in Zea mays: cDNA sequence and enzymatic and structural properties of the recombinant bifunctional protein with 4-amino-5-hydroxymethyl-2-methylpyrimidine (phosphate) kinase and thiamine monophosphate synthase activities. Biochemical Journal, 408(2), 149-159.
Shimizu, M., Mitsunaga, T., Inaba, K., Yoshida, T., & Iwashima, A. (1990). Accumulation of thiamine and Thiamine-binding protein during development of rice seed. Plant Physiology, 137, 123-124.
Smith, T.J., Johnson, C.R., Koshy, R., Hess, S.Y., Qureshi, U.A., Mynak, M.L., & Fischer, P.R. (2020). Thiamine defficiency disorder: a clinical perspective. Annals of the New York Academy of Sciences. doi: 10.1111/nyas.14536.
Verma, D.K. & Srivastrav, P.P. (2020). Bioactive compounds of rice (Oryza sativa L.): Review on paradigm and its potential benefit in human health. Trends in Food Science & Technology, 97,355–365
Watanabe, K., Nishida, N., Adachi, T., Ueda, M., Mitsunaga, T., & Kawamura, Y. (2004). Accumulation and degradation of thiamin-binding protein and level of thiamin in wheat seeds during seed maturation and germination. Biosci Biotechnol Biochem, 68(6), 1243-1248.
Witten, S., & Aulrich, K. (2018). Effect of variety and environment on the amount of thiamine and riboflavin in cereals and grain legumes. Animal Feed Science and Technology, 238, 39-46.
