综述：植物异戊二烯基转移酶的多样性、催化活性、作用机制及其在异源生产异戊二烯化天然产物中的应用

这篇综述系统梳理了植物异戊二烯基转移酶(PTs)在天然产物合成中的核心作用，重点探讨了UbiA型PTs和异戊烯焦磷酸合成酶(IDSs)的分类、催化机制（涉及C5单元转移）及酶工程策略，为基于异戊二烯化天然产物(PNPs)的药物研发提供了理论框架。

　　

ABSTRACT

植物异戊二烯基转移酶(PTs)是异戊二烯化天然产物(PNPs)生物合成途径中的关键酶，负责将异戊二烯基单元(C₅)转移至芳香族化合物或萜类前体等受体分子。随着植物基因组学和合成生物学的发展，PTs研究已成为天然产物合成领域的热点。尽管已有关于PTs功能与分类的综述，但其功能多样性仍未被充分解析。本研究全面总结了160余种已报道的植物UbiA型PTs及代表性异戊烯焦磷酸合成酶(IDSs)，系统评述了其分类、功能、催化机制、酶工程策略，以及在PNPs异源生产中的应用，旨在推动PTs的深入表征与利用，为PNPs药物开发奠定基础。

分类与功能多样性

植物PTs主要分为UbiA超家族和IDSs两大类。UbiA型PTs通过膜结合结构域催化异戊二烯化反应，其底物特异性与产物结构多样性显著，可生成单萜(C₁₀)、倍半萜(C₁₅)等衍生物。代表性IDSs则参与异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)的合成，为PTs反应提供前体。

催化机制与工程策略

PTs的催化核心涉及Mg²⁺依赖的SN1亲核取代反应，关键氨基酸残基（如天冬氨酸-富集模体）参与底物识别。通过定向进化或理性设计改造PTs的活性口袋，可增强其热稳定性或扩展底物谱，例如将拟南芥PTs改造后实现黄酮类化合物的异戊二烯化效率提升3倍。

异源生产应用

在大肠杆菌或酵母中重构PTs途径已成功合成紫杉醇前体、异戊二烯化黄酮等高价值PNPs。优化宿主代谢流（如MVA途径强化）结合PTs共表达，可使目标产物产量提高20倍以上。

CONFLICTS OF INTEREST

作者声明无利益冲突。