PBJ | 海军军医大学/上海中医药大学陈万生教授团队揭示丹酚酸类成分生物合成的多样性

近日，海军军医大学长征医院/上海中医药大学中药所陈万生教授课题组在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“Versatile CYP98A enzymes catalyse meta-hydroxylation reveals diversity of salvianolic acids biosynthesis”的研究论文，揭示了CYP98A单加氧酶的间位羟化作用对丹酚酸类天然产物生物合成途径多样性的影响。

丹酚酸类化合物（salvianolic acids, SA），包括咖啡酸、丹参素、迷迭香酸以及其衍生物丹酚酸B等，多分布于唇形科及紫草科植物中，在食品、工业及医药卫生领域具有广泛的应用前景。前人的研究表明丹酚酸类化合物的生物合成途径来自于两个不同的氨基酸途径：源于苯丙氨酸途径的4-香豆酰辅酶A作为酰基供体，酪氨酸途径的4-羟基苯乳酸作为酰基受体，在迷迭香酸合成酶的作用下生成4-香豆酰-4-羟基苯乳酸，再经过CYP98A家族单加氧酶的催化形成迷迭香酸。

本项研究中，作者发现多种酰基供体（4-香豆酰辅酶A、咖啡酰辅酶A）、酰基受体（4-羟基苯乳酸、丹参素）以及迷迭香酸的3种前体（4-香豆酰-4-羟基苯乳酸、4-香豆酰-3’,4’-二羟基苯乳酸、咖啡酰-4’-羟基苯乳酸）存在于唇形科和紫草科植物中，推测它们均参与了丹酚酸类成分的合成。作者通过苯环标记13C苯丙氨酸和酪氨酸饲喂的方法，对丹酚酸生物合成途径进行示踪，验证了丹酚酸生物合成途径的多样性，并推测这种多样性源于迷迭香酸合成酶将多种酰基受体与供体催化，生成3种迷迭香酸的前体，再经CYP98A家族单加氧酶的氧化，最终生成迷迭香酸。

为了探究迷迭香酸合成酶以及CYP98A家族单加氧酶在丹酚酸多样性生物合成中所发挥的作用，作者选择富含丹酚酸类化合物且研究较为深入的重要中药材—丹参（Salvia miltiorrhiza）作为研究对象，通过研究丹参迷迭香酸合成酶和CYP98A家族单加氧酶的功能，增加对丹酚酸类成分生物合成途径的认识。

作者通过体外酶催化实验、体内敲除及过表达实验对丹参迷迭香酸合成酶和CYP98A家族单加氧酶的功能进行了研究。结果表明丹参迷迭香酸合成酶可以催化多种酰基受体与供体，生成多种迷迭香酸前体。两个SmCYP98A家族单加氧酶表现出明显的催化偏爱性， SmCYP98A14倾向于催化4-香豆酰-3’,4’-二羟基苯乳酸的C-3位生成迷迭香酸，SmCYP98A75倾向于催化咖啡酰-4’-羟基苯乳酸的C-3’ 位生成迷迭香酸，并参与丹参素的合成。SmCYP98A14和SmCYP98A75敲除毛状根中丹酚酸类成分含量下降显著，而过表达毛状根中丹酚酸类成分含量提升明显。蛋白结构模拟分析也进一步验证SmCYP98A14和SmCYP98A75对不同底物的结合能力。这些结果共同表明SmCYP98A14和SmCYP98A75在丹酚酸的生物合成中发挥了关键作用。

本研究以丹参为例，揭示了丹酚酸类化合物生物合成的多样性。尤其是两个CYP98A家族氧化酶的功能解析，重塑并完善了丹酚酸类成分的生物合成途径，为丹酚酸类化合物的代谢调控、合成生物学研究奠定了基础。

本研究受到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，上海市“科技创新行动计划”启明星项目(扬帆专项)等基金的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.14284

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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