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上海辰山植物园牡丹组在芍药苷生物合成途径解析研究上取得突破性进展--成功克隆氧位苯甲酰基转移酶基因PoDPBT

花匠小妙招
2024-11-27 16:16

芍药苷是芍药科（Paeoniaceae）植物特征性的药用活性成分，研究表明芍药苷具有免疫调节、抗抑郁、抗血栓形成、脑缺血性损伤保护及神经细胞保护等功效。作为一种具有重要药用价值的活性天然产物，芍药苷在多种常见药物制备中的需求量越来越大。然而目前芍药苷的生物合成途径尚未得到完整解析，这从本源上限制了利用合成生物学方法生产芍药苷。因此挖掘芍药苷合成阶段关键酶基因对于完善芍药苷的生物合成途径具有重要价值，也为利用合成生物学生产丹皮酚提供了有利的技术支撑。

2022年10月11日，国际著名植物学期刊《 Plant Biotechnology Journal》（中科院1区，IF=13.263）在线发表了上海辰山植物园上海市资源植物功能基因组学重点实验室牡丹组学与种质资源创新研究组题为“ PoDPBT, a BAHD acyltransferase, catalyzes the benzoylation in paeoniflorin biosynthesis in Paeonia ostii”的研究成果。文章首次报道了参与芍药苷生物合成修饰阶段的氧位苯甲酰基转移酶转移酶PoDPBT，该酶可以催化去苯甲酰基芍药苷的苯甲酰化反应，生成单一产物芍药苷。PoDPBT也是芍药苷生物合成途径中第一个被表征（克隆）的修饰酶（基因），是芍药苷生物合成途径解析研究上的一个突破性进展。

课题组基于BAHD酰基转移酶家族中苯甲酰辅酶A：苯甲醇O-苯甲酰转移酶（BEBT）的功能，预测芍药植物中应该存在着一个O-苯甲酰基转移酶，它可以催化苯甲酰辅酶A和去苯甲酰基芍药苷合成芍药苷，并将这种酶定名为苯甲酰辅酶A：去苯甲酰基芍药苷8-O-苯甲酰基转移酶（benzoyl-CoA: 8-debenzoylpaeoniflorin 8-O-benzoyltransferase, DPBT）。本研究中，研究人员对凤丹（Paeonia ostii）三个发育时期的叶片进行转录组测序（图1a），根据功能注释筛选得到23个O-苯甲酰基转移酶候选基因（图1b）。基于RNA-Seq、qRT-PCR数据与不同时期叶片（图1c）以及不同组织（图1d）中芍药苷含量的相关性，研究人员重点关注了Pos.gene30573，并将其命名为PoDPBT。生信分析结果表明PoDPBT同样属于BAHD酰基转移酶家族（图1f），体外酶活实验证实了它作为一种O-苯甲酰基转移酶（图1g），可以催化去苯甲酰基芍药苷生成单一产物芍药苷（图1i-k）。通过病毒诱导基因沉默体系，研究人员在凤丹叶片中进一步验证了PoDPBT的生物学功能（图1l-n）。

图1. PoDPBT在芍药苷生物合成中的苯甲酰化功能。

芍药科植物天然药用成分鉴定、代谢途径解析及关键功能基因挖掘是上海辰山植物园牡丹组学与种质资源创新研究组近年来的重点研究方向之一，课题组长胡永红教授和袁军辉研究员为本文共同通讯作者，原博士后张晓骁（胡永红教授和陈晓亚研究员联合招生，袁军辉研究员执行指导，现就职于西北农林科技大学）为论文第一作者。项目得到国家自然科学基金、上海市绿化与市容管理局辰山专项和上海市科委等项目的资助。特别感谢中科院分子植物卓越中心陈晓亚院士对芍药苷研究工作的大力支持和精心指导。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.13947

本文研究取得突破的关键之一是采用了辰山牡丹组早期基于资源评价研究创造性提出的芍药苷叶片特色研究体系（详见后附文章链接）；关键之二基于本研究组对芍药苷合成途径的科学预测（详见后附文章链接）。

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