Анализ пути биосинтеза актеозида

1.1 Путь метаболизма фенилаланина актеозида

В настоящее время общий биосинтетический потенциал метаболических модулейактеозиддостигли консенсуса, в основном, в отношении пути метаболизма фенилаланина, пути дофамина/тирамина и перекрестных путей переноса ацила и модификации гликозила ниже по течению.

Исследования показали, что промежуточные продукты синтеза актеозида включают кофейную кислоту, кофеил-КоА, гидрокситирозол и гидрокситирозолглюкозид [16-18]. Эксперименты по гидролизу in vitro доказали, что актеозид гидролизуется в кофейную кислоту, де-рамнозил-актеозид (мутонгфенетозид А) и декафеоил-актеозид под действием гликозидгидролазы [19-20]. Исследования влияния температуры, света, рН и других факторов на стабильность актеозида показывают, что актеозид может разлагаться в растворе на кофейную кислоту и декафеоил-вербазин [21]. Эксперименты с кормлением животных показали, что продуктами гидролиза актеозида в моче крыс являются гидрокситирозол и кофейная кислота [22]. В пути метаболизма фенилаланина фенилаланин сначала превращается в коричную кислоту под действием фенилаланинаммиаклиазы (PAL), а коричная кислота превращается в фенилаланин под действием -4-гидроксилазы коричной кислоты (C4H). Кольцо C4 образуется в п-кумаровую кислоту, которая затем катализируется 3-гидроксилазой кумаровой кислоты (C3H) с образованием кофейной кислоты [3]. Кроме того, тирозин-аммиак-лиаза (TAL), полученная из Saccharomyces radiata, может превращать тирозин в п-кумаровую кислоту, а п-кумаровая кислота может катализироваться C3H с образованием кофейной кислоты, которая обеспечивает источник гетерологичного синтеза кофейной кислоты. новая идея [23].

Чтобы узнать больше о функции Cistanche Acteoside

1.2 Путь дофамина/путь метаболизма тирамина

Промежуточные продукты тирозол и гидрокситирозол дофаминового пути/тираминового пути являются еще одним ключевым предшественником для биосинтеза актеозида, и они могут генерировать салидрозид или гидрокситирозолглюкозид, вещество-предшественник актеозида, различными путями. Этот путь является важным ветвящимся путем биосинтеза актеозида (рис. 2б). Тирозин образует L-дофа под действием полифенолоксидазы (PPO)/тирозингидроксилазы (TH), а дофадекарбоксилаза (DODC)/тирозиндекарбоксилаза (TyDC) катализирует L-дофа. -Dopa продуцирует дофамин, который затем обрабатывается первичной аминовой (медьсодержащей) оксидазой (CuAO) и алкогольдегидрогеназой (ALDH) с образованием гидрокситирозола [16-18, 24-25]. В другом ответвлении дофамин катализируется первичной аминоксидазой (меди) (CuAO)/моноаминоксидазой (МАО) с образованием 3,4-DHPAA. Ваврикка и др. [26] использовали гидроксифенилацетальдегидсинтазу (DHPAAS), полученную из Bombyx mori с двойными функциями альдегидсинтазы и декарбоксилазы, для катализа L-дофа до 3,4-DHPAA, а затем ALDH катализировала 3,4-DHPAA. продуцируют гидрокситирозол [24]. Путь тирамина может обеспечить предшественники тирозола или гидрокситирозола для пути биосинтеза актеозида. Тирозин катализируется TyDC с образованием тирамина, который окисляется до 4-гидроксифенилацетальдегида (4-HPAA) с помощью CuAO/тираминоксидазы (TYO), а 4-HPAA может быть преобразован в {{19 }}гидроксифенилацетальдегидредуктазы с помощью 4-гидроксифенилацетальдегидредуктазы. (4HPAR)/ALDH восстанавливается до тирозола, а затем тирозол катализируется тирозолгидроксилазой (TLH) с образованием гидрокситирозола [16-17, 24, 27-28]. Из-за гетерогенности TyDC, TYO и ALDH исследователи выдвинули гипотезу о других путях синтеза тирамина, то есть тирозин генерирует тирамин при декарбоксилировании TyDC, а затем тирамин генерирует дофамин под действием ТГ, а дофамин декарбоксилируется. по ТХ. TYO окисляется до 3,4-DHPAA, который затем восстанавливается до гидрокситирозола с помощью ALDH, но TH в этом предполагаемом пути не подтвержден [28]. Некоторые ученые выдвинули гипотезу, что полифенолоксидаза (ПФО) может катализировать образование дофамина из тирамина и образование гидрокситирозола из салидрозида путем гидроксилирования, но ее функция не была подтверждена [16-18]. Розмариновая кислота представляет собой встречающееся в природе полифенольное соединение, и исследования показали, что тирозинтрансаминаза (ТАТ) является первым ферментом в производном от тирозина пути синтеза розмариновой кислоты, который катализирует переаминирование тирозина. Образуется 4-гидроксипируват (4-HPPDC), а затем 4-HPAA образуется под действием 4-гидроксифенилпируватдекарбоксилазы (HPPADC) [29-30]. Торренс-Спенс и др. [31] впервые обнаружили пиридоксальфосфат-зависимую гидроксифенилацетальдегидсинтазу (4HPAAS), которая может непосредственно катализировать превращение тирозина в 4-HPAA. Ген, кодирующий гликозилтрансферазу, катализирующую образование салидрозида из тирозола. Кроме того, тирозин может катализироваться TYR с образованием гидрокситирозола [25]. Все ферменты в этих ферментативных перекрестных путях обогащают разнообразие биосинтетических путей актеозида. 1.3 Перекрестный путь переноса ацила и модификации гликозила актеозида

Из структурных аналогов актеозида видно, что его центром является вся глюкоза, которая этерифицирована кофеилом, а положение С3 модифицировано рамнозилом (рис. 1а), но его ацилирование и рамнозилирование Молекулярно-каталитический механизм исследования не проводился. сообщил. Из обратного вывода о гидролизе, метаболических экспериментах и ​​химической структуре актеозида есть две потенциальные возможности для синтеза актеозида[19-22]. Во-первых, кофеил-КоА и гидрокситирозолглюкозид подвергаются действию ацилтрансферазы (хинингидроксициннамилтрансферазы, HCT) с образованием дельтоксозида А, который превращается в рамнозилтрансферазу (УДФ-рамнозилтрансферазу). рамнозоглюкозилтрансфераза, URT) катализирует дальнейшую продукцию вербазозы. Другой потенциальный путь заключается в том, что гидрокситирозол продуцирует гидрокситирозолглюкозид под действием глюкозилтрансферазы, а гидрокситироилглюкозид продуцирует декофеилвербазин под действием URT. Он конденсируется с кофеил-КоА с образованием актеозида (рис. 2в).

2 Эффективная стратегия регуляции синтеза актеозидов

2.1 Добыча транскриптома, связанная с синтезом актеозидов

Транскриптом относится к сумме мРНК, транскрибируемых организмами при определенных физиологических условиях или цикле роста, и является важным инструментом для изучения структуры, функции и цикла роста генов. Это важное средство экспрессии генов и основной метод исследования ассоциативного фенотипа. Применение технологии транскриптома обеспечивает эффективный инструмент для добычи генов родственных ферментов в биосинтезе активных компонентов лекарственных растений. Многие ключевые ферменты в пути синтеза актеозида все еще остаются нерешенными, поэтому количество мРНК в клетках в определенных физиологических условиях можно использовать для описания уровней экспрессии генов и определения количества конечных белковых продуктов. Путем анализа соответствующих данных транскриптома были получены данные, относящиеся к синтезу фенилэтаноидных гликозидов (таблица 1), которые могут дать представление о биосинтезе актеозида.

Цистанхе тубулозаявляется важным лекарственным растением дляэкстракция фенилэтаноидных гликозидов, а изучение его генома и данных транскриптома обеспечивает ценный ресурс для изучения путей биосинтезаактеозид. Глубокое транскриптомное секвенирование суккулентных стеблейЦистанхе тубулозабыл проведен с использованием метода РНК-секвенирования дляЦистанхе тубулоза, а его транскриптомные данные получены впервые. Путем сравнения последовательностей и филогенетического анализа были идентифицированы ключевые ферменты, связывающие первичный и вторичный метаболизм. Ген PAL, который также является первым ключевым ферментом биосинтеза фенилэтаноидов, и 17 генов ферментов, участвующих в биосинтезе фенилэтаноидов в корневищах, были предложены впервые [32]. Результаты изучения качественных различийЦистанхе тубулозав разных типах пустынь методами метаболомики и транскриптомики показано, что содержание фенилэтаноидов в солончаковых почвах может быть выше за счет повышения экспрессии ФАЛ, АЛДГ, аспартатаминотрансферазы (АГТ) и др. [33]. В основу положен анализ пути синтеза фенетилгликозида. Растение Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa богато гликозидами фенилэтанола. Путем секвенирования транскриптома de novo клубневого корня Rehmannia glutinosa и сравнения пути KEGG и экспериментального пути предложены 19 кандидатов, которые могут быть связаны с биосинтезом актеозида. ген, который дает направление для анализа пути синтеза актеозида. Затем данные были централизованно проверены методом ОТ-ПЦР, и было установлено, что транскриптом Rehmannia glutinosa кодирует префенатдегидратазу (ADT), аспартатаминотрансферазу (ASP5), GOT2, 4CL, первичную аминооксидазу (AOC3), C4H, HCT. и гены C3H [34]. Интересно, что содержание актеозида в листьях Rehmannia glutinosa выше, чем в корнях, что может быть связано с разным уровнем экспрессии ферментов в разных частях из-за дифференциальной экспрессии генов на конкретных стадиях развития.

После этого четыре различных сорта Rehmannia glutinosa были выращены с радиальными полосами и нерадиальными полосами в корнях клубней, и их транскриптомные данные были проанализированы для получения 223 генов, связанных с синтезом актеозидов. PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT и другие гены анализировали по данным транскриптома [16]. 231 ген, участвующий в биосинтезе актеозида, был обнаружен при секвенировании транскриптома Centantheragrandiflora Benth. 10 генов, включая PPO и HCT. Среди них наиболее выражен CuAO, за ним следуют 4CL, ALDH и UGT, а наименее выражен HCT. Гены, участвующие в путях фенилаланина и тирозина, были более распространены в листьях и стеблях, чем в корнях, особенно гены PAL и PPO. И по сравнению с корнями четыре гена PAL, C4H, C3H и 4CL в листьях и стеблях были активированы, что указывает на то, что путь, производный от фенилаланина, сильно экспрессируется в надземных частях [18]. Тем не менее, вышеупомянутые исследования предсказали, что HCT и UGT катализируют нижестоящий ферментативный путь кофеил-КоА и гидрокситирозолглюкозида к актеозиду посредством исследований транскриптома, но функции родственных генов не были подтверждены [16,18]. Индукторы относятся к факторам, которые могут индуцировать у растений устойчивость или самозащиту и дефендин, и могут быстро, специфически и избирательно индуцировать экспрессию множества специфических генов в растениях, тем самым активируя специфические вторичные метаболиты [35]. Для отбора наилучшего элиситора, который значительно увеличивает накопление актеозида в волосатых корнях Rehmannia glutinosa, была использована система генетической трансформации Rehmannia glutinosa, опосредованная Agrobacterium rhizogenes, для сравнения элиситоров с различной концентрацией. Это может не только значительно способствовать росту волосатых корней, но и значительно увеличить содержание актеозида. Затем технология RNA-Seq использовалась для анализа транскриптома волосатых корней Rehmannia glutinosa, индуцированных в разное время, для поиска дифференциально экспрессирующихся генов в разных условиях и, наконец, для определения PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO. , ALDH, HCT, UGT. Изогенные могут участвовать в биосинтезе актеозидов. Среди них C3H и ALDH являются наиболее распространенными и наименее распространенными гомологичными генами соответственно [17]. Кроме того, Fatemi et al. [29] оценили влияние различных концентраций элиситоров, таких как метилжасмонат (MeJA) и многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT), на накопление розмариновой кислоты и уровни экспрессии генов, связанных с ее биосинтетическим путем. Гены PAL, TAT, 4HPPR и синтазы розмариновой кислоты (RAS) были идентифицированы как ключевые гены, среди которых TAT имеет трансаминирование, что дает новую идею для анализа пути синтеза актеозида. Оливки (Oleaeuropaea) являются богатым источником биоактивных полифенолов, которые могут производить гидрокситирозол, важный предшественник актеозида. Гены, связанные с биосинтезом полифенолов в плодах и листьях оливы, были идентифицированы с помощью секвенирования полноразмерного транскриптома. В эксперименте количественно определяли 12 полифенольных соединений, идентифицировали 106 транскриптов 6 семейств генов и синтез гидрокситирозола. Гены, связанные с синтезом гидрокситирозола, включают PPO, DODC, CuAO, ALDH и PAR [24]. Результаты вышеупомянутого исследования транскриптома фенетиламина обеспечивают основу для анализа пути синтеза актеозида и добычи регуляторных генов и ключевых ферментов.