黄瓜和亚麻叶片中16(S)-脂氧合酶与环氧烯合成酶调控的氧脂途径的发现及其生物学意义

本研究揭示了黄瓜和亚麻叶片中16(S)-脂氧合酶(LOX)与环氧烯合成酶(AOS)协同调控的新型氧脂途径。通过GC-MS和核磁共振技术，研究人员首次鉴定出α-酮醇15-oxo-16-hydroxy-9,12-octadecadienoic acid等特征代谢物，并证实三种重组AOS酶对16(S)-HPOT的催化活性，拓展了植物LOX通路的认知边界。

　　

在植物防御和发育过程中，氧脂素（oxylipins）作为脂肪酸氧化衍生的信号分子扮演着关键角色。传统认知中，植物脂氧合酶（LOX）主要催化生成9(S)-和13(S)-氢过氧化物，而CYP74家族酶则负责将其转化为茉莉酸等生理活性物质。然而，近年来在黄瓜中发现的16(S)-LOX打破了这一范式，其催化的ω3位氧化机制与代谢命运成为亟待探索的新领域。

为解决16(S)-LOX产物的转化途径问题，俄罗斯科学院喀山科学中心的研究团队在《Phytochemistry》发表论文，系统研究了黄瓜和亚麻叶片中16(S)-HPOT（16(S)-氢过氧化-α-亚麻酸）的代谢命运。通过氢化-GC-MS联用技术，研究人员首先量化了叶片中13-与16-羟基硬脂酸的比例（黄瓜1:2，亚麻1:1），证实16(S)-LOX活性的普遍存在。高分辨质谱与多维核磁（¹
H-NMR、COSY、TOCSY）首次解析出新型α-酮醇15-oxo-16-hydroxy-9,12-octadecadienoic acid的结构特征，其与12,13/15,16-邻二醇的共存暗示了酮醇还原酶的存在。为验证酶学基础，团队选用黄瓜CsAOS（CYP74A1_CS）、番茄LeAOS3（CYP74C3）和玉米ZmAOS1（CYP74A19）三种重组酶，证实它们均可催化16(S)-HPOT生成特征酮醇，尽管效率低于经典13-氢过氧化物底物。

关键技术包括：1）氢化结合GC-MS分析羟基脂肪酸；2）Me/TMS衍生物质谱鉴定；3）NMR（含二维相关谱）解析新化合物；4）重组CYP74酶体外催化实验。样本来自露天栽培的黄瓜（品种"Malyshok"）和亚麻（Novotorzhsky品种）叶片。

【Detection of hydroxy fatty acids】部分显示，16-HOT（16-羟基-9,12,14-十八碳三烯酸）的质谱特征碎片（m/z 351等）与氢化产物16-HSA（16-羟基硬脂酸）共同证实了16(S)-LOX途径的存在。

【Discussion】指出该发现扩展了植物LOX通路的多样性认知，16(S)-LOX/16-AOS途径可能参与特定生理过程的调控。三种AOS对16(S)-HPOT的催化活性差异，反映了CYP74家族酶的底物可塑性进化特征。

结论表明，16(S)-LOX/AOS途径是植物氧脂代谢网络的组成部分，其产物可能具有尚未发现的生物学功能。该研究为解析植物防御系统的化学多样性提供了新视角，也为CYP74家族酶的工程化改造奠定了理论基础。俄罗斯科学基金会（24-14-00418）和喀山科学中心政府项目共同支持了本研究。