PBJ | 中医科学院黄璐琦院士/刘娟等发布羽叶丁香高质量基因组并揭示花姜酮及其衍生物在真双子叶植物中的合成机制 2024年6月11日 0条评论 280次阅读 0人点赞 木犀科丁香属植物羽叶丁香（Syringa pinnatifolia）为蒙药山沉香的基原植物，其挥发油中超过60%为蛇麻烷型倍半萜花姜酮及其衍生物，具有抗心肌缺血、免疫调节和抗肿瘤等药理活性。花姜酮在单子叶植物尤其是姜科植物中广泛存在，但在真双子叶植物中报道极少，而羽叶丁香的挥发油富含花姜酮，是探索真双子叶与单子叶植物花姜酮合成通路异同的理想材料。目前，花姜酮的生物合成通路已在姜科植物红球姜（Zingiber zerumbet）中报道，但在真双子叶植物中尚未研究。 2024年6月2日，Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“A Syringa pinnatifolia genome assembly reveals the zerumbone biosynthesis machinery with a cytochrome P450-catalysed epoxidation reaction in eudicots”的研究文章。该研究以羽叶丁香为材料，就花姜酮在真双子叶植物中的生物合成机制开展了工作。 首先利用二代和三代测序联合Hi-C技术对该植物物种进行全基因组测序和组装，得到一个染色体级别基因组（998.20 Mb大小，95.07%挂载率）。进化分析表明，羽叶丁香和该属模式植物紫丁香（S. oblata）在古近纪（Paleogene）和新近纪（Neogene）交替时期发生分歧，而共线性分析和Ks分布表明在羽叶丁香中至少发生过两次全基因组复制（WGD）事件。 羽叶丁香和红球姜的挥发性成分分析显示，花姜酮生物合成通路的中间体成分在上述两种植物中均可检测到，表明该通路在红球姜和羽叶丁香中存在保守性。根据报道，在单子叶植物红球姜中，花姜酮的生物合成途径始于萜类合酶ZSS1环化法呢基焦磷酸（FPP）产生α-humulene。本研究利用羽叶丁香基因组数据，鉴定得到32条萜类合酶（TPS）基因，并将其中主要负责环化合成倍半萜类物质的TPS-a和TPS-g亚家族基因进行克隆和功能研究。最终验证得到7个TPS分别生成14种不同的倍半萜类物质（其中3个TPS可以生成单萜）。 在上述TPS中，羽叶丁香TPS8的产物与红球姜中的α-humulene合酶ZSS1相同，且二者同属于TPS-a亚家族（二者序列相似度仅为40.93%）。然而，TPS8与ZSS1的产物（α-humulene和β-caryophyllene）比例相反，其中ZSS1产物中α-humulene更多（约88%），而羽叶丁香TPS8产物中α-humulene约23%。通过同源性分析与功能验证发现，木犀科中油橄榄（Olea europaea）的OeTPSa与羽叶丁香TPS8功能相同。 进一步对CYP450家族进行注释，在羽叶丁香中共鉴定得到217个P450基因，研究发现CYP76S105可以催化花姜酮发生C2-C3环氧化反应得到zerumbone epoxide。该反应在单子叶植物花姜酮衍生物的生物合成中未有报道，其环氧化功能也是在CYP76家族中首次发现。利用1000 Plant Transcriptome（1KP）数据库和已报道的木犀科物种基因组，构建CYP76S105同源的转录本系统发育树并开展进化与功能研究。结果发现，来自小蜡（Ligustrum sinense）的LsCYP76S（重命名为CYP76S110）和来自油橄榄的OeCYP76S（重命名为CYP76S63）均具有和羽叶丁香CYP76S105相同的环氧化功能。其中，油橄榄CYP76S63分布于不同位置的两个转录本形成于全基因组复制，而羽叶丁香CYP76S105由串联复制而来的高相似度基因却无类似功能，体现了木犀科植物中该基因功能丧失与获得的复杂进化历史。 综上所述，本研究提供了染色体水平组装的羽叶丁香基因组数据，在真双子叶植物中解析了花姜酮及其衍生物的生物合成机制，并在CYP76家族中首次发现具有环氧化功能的CYP76S105，拓展了该家族氧化反应功能的认识。 中国中医科学院中药资源中心/天津中医药大学在读博士研究生高佳琪、东北林业大学在读博士研究生王婧为本文共同第一作者；中国中医科学院黄璐琦院士、刘娟副研究员为论文通讯作者。该项研究得到中国中医科学院创新工程项目和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目的支持。 原文链接： https://doi.org/10.1111/pbi.14376 文章来源：植物生物技术Pbj < 上一篇 下一篇 > 发表回复 取消回复您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注 * *
