甜菊中新型黄酮5-O-糖基转移酶SrUGT72B1的功能鉴定及其区域选择性分子机制研究

本研究针对甜菊黄酮糖基化修饰机制不明的科学问题，鉴定出新型糖基转移酶SrUGT72B1，发现其具有罕见的5-O-糖基化活性，通过分子对接揭示区域选择性机制，为高附加值黄酮苷生物合成提供新工具。

　　

在植物王国中，甜菊（Stevia rebaudiana）以其独特的甜味成分——甜菊糖苷闻名于世。然而，这种神奇植物还蕴藏着另一类宝藏——黄酮类化合物。这些具有C₆-C₃-C₆骨架的分子不仅赋予植物鲜艳色彩，更展现出抗炎、抗菌、抗癌等多重药理活性。尽管甜菊黄酮的应用价值日益凸显，但科学家们对其糖基化修饰的酶学基础仍知之甚少，这严重制约了通过合成生物学手段生产高价值黄酮苷的进程。

为破解这一科学难题，中国科学院的研究团队在《Enzyme and Microbial Technology》发表重要成果。研究人员从甜菊中挖掘出一种新型糖基转移酶SrUGT72B1，系统解析了其独特的5-O-糖基化活性机制。这项研究不仅填补了甜菊次生代谢途径的认知空白，更为定向设计高活性黄酮苷提供了关键酶元件。

研究团队采用多学科交叉技术路线：通过转录组挖掘获得目标基因；利用大肠杆菌异源表达系统获得重组蛋白；采用高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS）分析酶促反应产物；结合分子对接和分子动力学模拟阐释催化机制。实验所用甜菊幼苗由江苏东台海瑞生物科技有限公司提供。

【Mining, sequence alignment, and phylogenetic analysis of UGT72B1】
系统发育分析显示SrUGT72B1属于UGT72家族，其保守的PSPG（Plant Secondary Product Glycosyltransferase）基序暗示其糖基转移酶活性。

【Biochemical characterization of SrUGT72B1】
酶学实验揭示该酶最适pH为9.0，最适温度50°C。令人惊讶的是，SrUGT72B1展现出罕见的底物杂泛性，可高效催化芹菜素（apigenin）、木犀草素（luteolin）、根皮素（phloretin）和山奈酚（kaempferol）的糖基化，且能利用UDP-葡萄糖（UDP-Glc）、UDP-木糖（UDP-Xyl）和UDP-鼠李糖（UDP-Rha）三种糖供体，其中对UDP-Glc的催化效率最高。

【Structural basis for regioselectivity】
分子对接发现，SrUGT72B1活性口袋中特异的氨基酸网络通过氢键和疏水作用精准引导底物取向，这解释了其独特的5位区域选择性——在芹菜素C环5号位点引入糖基的罕见能力，该特性在植物糖基转移酶中不足5%。

这项研究首次系统阐明了甜菊UGT72家族成员的功能特性，其发现的5-O-糖基化活性打破了传统认知。从应用角度看，SrUGT72B1的广谱底物适应性和灵活糖供体选择特性，使其成为合成稀有黄酮苷的理想生物催化剂。例如，5-O-糖基化修饰可显著提升黄酮化合物的水溶性和生物利用度，这对开发新型功能性食品和药物具有重要价值。

研究获得辽宁省科技联合计划（2024011154-JH2/1026）和中科院国际人才计划（2024PVB0072）支持。论文通讯作者为Heng Yin，第一作者Jiyan Li和Chen-Xin Guo通过严谨的实验设计和创新性的结构模拟，为植物糖基化修饰机制研究树立了新范式。这项成果不仅丰富了糖基转移酶的功能多样性数据库，更为合成生物学改造植物次生代谢途径提供了理论依据和实践蓝图。