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欧阳臻教授、魏渊教授团队在BMC Plant Biolog发表了桑叶DNJ生物碱生物合成途径羟基化过程最新研究成果

信息来源: 发布日期:2024-04-19

近日,江苏大学bat365官网登录入口欧阳臻教授、魏渊教授团队在BMC Plant Biology杂志发表了题为“Mining and functional characterization of NADPH-cytochrome P450 reductases of the DNJ biosynthetic pathway in mulberry leaves”(https://doi.org/10.1186/s12870-024-04815-0)的研究论文。该文从桑叶转录组中挖掘并鉴定了DNJ生物碱生物合成途径关键羟基化过程中NADPH-细胞色素P450还原酶(MaCPRs),为桑叶DNJ生物碱生物合成的羟基化过程及其生物合成途径的完整解析奠定基础。

DNJ类多羟基生物碱是传统中药桑叶防治糖尿病的主要活性成分。该类生物碱属于强效α-糖苷酶抑制剂可有效抑制血糖的升高、并降脂以减轻动脉粥样硬化,抗艾滋病毒感染等,其独特结构和显著的药理活性已引起国内外医药学界广泛关注,但DNJ类生物碱的获得存在瓶颈问题。课题组前期已经初步解析了其从赖氨酸到2-甲基哌啶的生物合成过程,并推测2-甲基哌啶再经细胞色素P450酶(CYP450s)的立体选择性羟基化修饰形成DNJ。CYP450s作为解析DNJ生物合成途径C-2α、C-3、C-4和C-5羟基化的关键酶,其活性依赖于MaCPRs的电子供应系统。而寻找CYP450s羟化酶适配的电子供应系统,是发挥其羟基化生物学功能的主要因素。因此,挖掘桑叶中MaCPRs功能酶基因对于完整解析DNJ的生物合成途径具有重要意义。

图1 桑叶DNJ生物碱生物合成途径推测

本论文从桑叶转录组中获得了首个全新编码细胞色素P450还原酶MaCPR2基因,并进行了异源表达及功能验证。体外功能显示纯化后的重组MaCPR2蛋白以NADPH为电子供体,细胞色素c为电子受体,重组MaCPR2蛋白可以使用NADPH作为电子供体还原细胞色素c,并可以催化K3Fe(CN)6转变为还原型的铁氰化合物。在酵母中共表达MaCPR2和MaC3'H羟化酶结果显示MaCPR2可以支持CYP450羟化酶的活性,将电子传递给MaC3'H羟化酶从而将对香豆酰奎宁酸转变为绿原酸。该研究结果初步阐明了MaCPR2酶基因对桑叶中次级代谢物生物合成的调控作用,为桑叶DNJ类多羟基生物碱生物合成途径羟基化过程解析奠定基础,也为利用合成生物学策略异源合成DNJ类多羟基生物碱提供关键的基因元件。

图2 重组MaCPR2蛋白对MaC3'H羟化酶电子传递的产物检测

欧阳臻教授为论文的通讯作者,江苏大学为文章的唯一完成单位。本研究得到国家自然科学基金项目(82274040,81872961)及中央本级重大增减支项目(2060302)的资助。

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