杨树水杨苷类化合物生物合成途径的阐明

《Plant Communications》：Elucidation and reconstitution of the poplar salicortin biosynthetic pathway

　　

摘要

水杨苷类化合物是杨柳科特有的苯基烷类（C₆–C₁）次生代谢产物。尽管水杨苷类化合物长期以来被公认为柳树和杨树中有效的防御化合物及具有药理活性的成分，但其形成的生物合成途径在很大程度上仍未得到阐明。通过对黑杨（Populus trichocarpa）根部的代谢组学和转录组学整合分析，我们鉴定出参与水杨苷类化合物生物合成的候选基因，这些基因分别属于细胞色素P450单加氧酶家族92（CYP92）和孕酮5β-还原酶/环烯醚萜合酶样酶（PRISE）家族的短链脱氢酶/还原酶。将所有鉴定的候选基因与先前表征的糖基转移酶基因PtUGT71L1、酰基转移酶基因PtACT47及肉桂酸–CoA连接酶基因PtCNL5在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中共同表达，成功合成了杨树中最丰富的水杨苷类化合物——柳皮苷（salicortin）。对P450候选酶的进一步功能表征表明，其中两种酶分别催化所假设的柳皮苷前体苯甲酸苄酯两个芳环的邻位羟基化，而另外两种P450则催化苯甲酸苄酯中苯甲酸衍生环的后续氧化去芳香化反应。所得二烯酮中间体经PRISE酶通过1,4-还原反应，转化为柳皮苷的特征性1-羟基-6-氧代环己-2-烯-1-甲酸酯结构单元。鉴定出的CYP92和PRISE酶之间的功能冗余性可能反映了这些化合物在植物防御中所扮演的核心作用。