基于结构导向工程改造糖基转移酶UGT88F1提升根皮苷生物合成效率的研究

本综述系统阐述了通过结构导向的理性设计策略对糖基转移酶UGT88F1进行工程化改造，成功获得催化活性提升1.93倍的双突变体（P85A/I145A），并联合蔗糖合成酶（AtSuSy）构建酶促级联系统，最终实现根皮苷（phlorizin）71.04%转化率和8.39 g/L的高效生物合成，为天然产物的糖基化工程提供了创新性解决方案。

　　

Highlight

菌株与质粒

本研究所用菌株和质粒列于补充表S1和S2。来源于 Malus domestica 的糖基转移酶UGT88F1（登录号：B3TKC8）与拟南芥（Arabidopsis thaliana）来源的蔗糖合成酶AtSuSy（登录号：NM_001036838.2）均经过大肠杆菌密码子优化后由南京金斯瑞公司合成。本实验室保存的大肠杆菌Top10和BL21(DE3)菌株分别用于质粒构建和蛋白表达。

UGT88F1关键残基的定点进化筛选

先前研究已阐明根皮素和根皮苷的生物合成途径，并确定UGT88F1是能够催化根皮素2-OH位糖基化生成根皮苷的关键糖基转移酶（图1a）。然而，UGT88F1固有的低催化活性严重限制了异源微生物宿主中根皮苷的生产效率，成为规模化生物合成的主要瓶颈。因此，基于结构的理性蛋白质工程成为突破该限制的重要策略。

结论

本研究通过结构导向工程策略成功筛选出最优UGT88F1突变体（I145A/P85A），其对根皮素的催化活性较野生型提高1.93倍。分子对接与动力学模拟表明，突变通过缩短糖基化反应关键原子间的距离优化了底物定位，从而提升催化效率。此外，为应对UDP-葡萄糖的高成本问题，本研究将突变体与蔗糖合成酶AtSuSy耦合构建UDP-葡萄糖再生系统，最终在优化条件下实现根皮苷8.39 g/L的产量和71.04%的转化率。