野生稻（Oryza officinalis）中momilactone中间体二萜生物合成所需关键残基的鉴定

《Biochemical Journal》：Identification of essential residues for the biosynthesis of momilactone intermediate diterpene in wild rice Oryza officinalis

　　

长谷川雄人（Yuto Hasegawa）|森脇良隆（Yoshitaka Moriwaki）|武田-木村由里（Yuri Takeda-Kimura）|冈田和典（Kazunori Okada）|豊益智信（Tomonobu Toyomasu）

日本山形县鹤冈市山形大学农学部，邮编997-8555

摘要

众所周知，momilactones是一类二萜类化合物，在栽培水稻（Oryza sativa）的生存策略中起着重要作用。Momilactones不仅作为抵御病原体的植物抗性物质，还具备对其他植物种类的化感作用。已有研究表明，一些野生水稻品种也能产生momilactones。其中，CC基因组的Oryza officinalis物种拥有两种负责momilactone生物合成的二萜合成酶OsKSL4的同源物：OoKSL4-1和OoKSL4-2。二萜合成酶在二萜类化合物的生物合成途径中起着构建特定碳骨架的作用。先前的研究指出，只有OoKSL4-2能够将syn-copalyl二磷酸转化为9β-pimara-7,15-diene（momilactones的生物合成中间体），而OoKSL4-1则不具备这一功能。通过比较OoKSL4-1和OoKSL4-2的序列，我们确定了生成9β-pimara-7,15-diene所必需的氨基酸残基。氨基酸替换实验表明，三重突变体OoKSL4-1-I592L/R700G/I702T的产物谱与OoKSL4-2几乎完全相同；进一步的反向突变实验进一步证实，OoKSL4-2中的⁵⁸⁵L、⁶⁹³G和⁶⁹⁵T位点对9β-pimara-7,15-diene的生成至关重要。蛋白质-配体结构预测显示，OoKSL4-1的三重突变体与OoKSL4-2在结合口袋内以相似的方式结合底物，使得参与环化反应的两个碳原子彼此靠近；而野生型OoKSL4-1则以不同的方式结合底物，导致这两个碳原子之间的距离较大。这种距离差异正是OoKSL4-2比OoKSL4-1更高效生成9β-pimara-7,15-diene的原因。