Nature Plants | CYP87A酶启动植物中的卡烯内酯生物合成

Cardenolides，卡烯内酯，又称心甾内酯、强心苷，是一种特殊的甾体代谢物，产生于广泛的植物家族，以治疗先天性心力衰竭、心房心律失常、各种癌症和其他慢性疾病而闻名。然而，目前仍然不知道植物是如何从固醇前体中合成高价值、复杂的心甾内酯结构的。

近日，Maritta Kunert等在国际知名期刊Nature Plants上在线发表了一篇名为：“Promiscuous CYP87A enzyme activity initiates cardenolide biosynthesis in plants”的研究论文。该文章鉴定了两种可作用于胆固醇和植物甾醇形成cardenolides合成前体——孕烯醇酮的细胞色素P450酶CYP87A。该工作揭示了cardenolide途径的关键切入点，并扩大了通过合成生物学可持续生产高价值植物类固醇的工具箱。

首先，该研究利用同位素标记的孕烯醇酮喂养4周龄的 D. purpurea断茎，从叶子中提取心甾内酯，并使用液相色谱-质谱法(LC-MS)进行分析，证实了甾醇前体形成孕烯醇酮是植物中心甾内酯生物合成途径的第一步（图1）。

图1.cardenolides的生物合成和孕烯醇酮向cardenolides转化的总结。

为了确定参与孕烯醇酮生物合成的候选CYP基因，该研究选择了两个远亲植物科的cardenolide生产者D. purpurea和C. procera进行不同组织中的cardenolides含量比较和来自相同组织的转录组测序，从中发现DpCYP87A106和CpCYP87A103酶都能催化一系列甾醇生成孕烯醇酮（图2）。

图2.催化孕烯醇酮生物合成的DpCYP87A106和CpCYP87A103酶

接下来，为了评估了DpCYP87A106和CpCYP87A103是否可以在不产生心甾内酯的模式植物(如拟南芥)中产生孕烯醇酮。研究获得了过表达DpCYP87A106和CpCYP87A103的稳定转基因拟南芥，从中观察到，在DpCYP87A106-Ox和CpCYP87A103-Ox植株的叶片中，从头开始产生了孕烯醇酮，而通过RNAi方法对D. purpurea中的DpCYP87A106进行抑制，发现DpCYP87A106- rnai植株叶片中孕烯醇酮和心甾内酯大量减少。另外，通过对CYP87A家族的进化分析，发现已鉴定的CYP87A蛋白与DpCYP87A106具有54-74%的同源性，且它们同时存在于无强心甾和产生强心甾的物种中，表明CYP87A在植物中广泛保守（图3）。CYP87A酶的发现为利用最先进的合成生物学应用构建可持续生产高价值类固醇的工程平台提供了一个至关重要的工具。

图3. RNAi对D. purpurea中DpCYP87A106的沉默证实了其在心甾内酯生物合成中的作用

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41477-023-01515-9

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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