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Mol Plant:中科院辰山中心外籍教授解析全部黄芩素合成途径

摘要 : 2017年8月22日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Plant》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所辰山中心药用植物与健康组Cathie Martin研究员的一篇研究论文,论文报道了中国传统药用植物黄芩中天然产物合成途径,完全解析了整个黄芩素的生物合成途径。

2017年8月22日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Plant》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所辰山中心药用植物与健康组Cathie Martin研究员的一篇研究论文,论文报道了中国传统药用植物黄芩中天然产物合成途径,完全解析了整个黄芩素的生物合成途径。赵清博士和崔孟颖女士为本工作共同第一作者,Cathie Martin研究员为论文通讯作者。

黄芩为唇形科黄芩属多年生草本植物,是一种重要的药用植物资源。黄芩素,汉黄芩素等黄酮物质是黄芩中主要的生物活性化合物。这类黄酮物质不仅可以在不影响正常细胞的情况下诱导癌细胞凋亡,同时还具有抗氧化,抗病毒和保肝的作用。因此可以作为抗癌的候选分子。该类化合物在结构上的特异性主要在于它们在黄酮B环上不含有4’位羟基。而A环上具有大多数黄酮不具有的6-羟基(黄芩素)或8位甲氧基(汉黄芩素)。因其只在黄芩根部合成,我们将其称为根特异性黄酮。本研究小组的工作重点就是解析根特异性黄酮:黄芩素,汉黄芩素的合成途径。

在已经解析了地上部分和根特异性的黄酮合成途径基础上,该小组分离和验证两种CYP450酶(SbCYP82D1.1和SbCYP82D2),生化实验表明,它们分别为黄芩中的黄酮6-羟化酶(F6H)和黄酮8-羟化酶(F8H)。 SbCYP82D1.1对黄酮类如白杨素和芹菜素具有广泛的底物接受性,负责黄芩素和野黄芩素的合成。当用RNAi技术在黄芩毛状根中降低SbCYP82D1.1的表达时,黄芩苷和黄芩素水平显著降低,而白杨素苷则在毛状根中积累。 CYP82D2是一种具有底物特异性较高的F8H,只接受白杨素为底物,产生去甲基汉黄芩素。系统发育分析表明,CYP82D2可能通过基因复制从SbCYP82D1.1进化而来,因而保留了部分祖先酶F6H的活性。

原文链接:

Two CYP82D enzymes function as flavone hydroxylases in the biosynthesis of root-specific 4′-deoxyflavones in Scutellaria baicelensis

原文摘要:

Baicalein, wogonin and their glycosides are major bioactive compounds found in the medicinal plant Scutellaria baicalensis Georgi. These flavones can induce apoptosis in a variety of cancer cell lines but have no effect on normal cells. Furthermore, they have many additional benefits for human health, such as anti-oxidant, antiviral, and liver-protective properties. We describe isolation and characterization of two CYP450 enzymes (SbCYP82D1.1 and SbCYP82D2) that function as the flavone 6-hydroxylase (F6H) and flavone 8-hydroxylase (F8H), respectively, in S. baicalensis. SbCYP82D1.1 has a broad specificity for flavones like chrysin and apigenin and is responsible for biosynthesis of baicalein and scutellarein in roots and aerial parts of S. baicalensis, respectively. When expression of SbCYP82D1.1 is knocked-down, baicalin and baicalein levels are reduced significantly while chrysin glycosides accumulate in hairy roots. CYP82D2 is an F8H with high substrate specificity, accepting only chrysin as its substrate to produce norwogonin, while minor 6-hydroxylation activity can also be detected. Phylogenetic analysis suggested that CYP82D2 might have evolved from SbCYP82D1.1 via gene duplication followed neofunctionalization, wher the ancestral F6H activity is partially retained in the derived CYP82D2.

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