首次解析燕麦素糖链合成新机制为植物抗病及糖基供体特异性选择带来新发现

  • 1018
  • A+

    20181121日,The plant cell在线发表一篇英国学者题为”Analysis of two new arabinosyltransferasesbelonging to the carbohydrate-active enzyme (CAZY) glycosyl transferase family1 provides insights into disease resistance and sugar donor specificity”的研究论文。该研究首次报道植物中阿拉伯糖基转移酶糖基化三萜类物质,该研究发现阿拉伯糖基转移酶AsAAT1是燕麦素A-1生物合成所必须,该基因缺失突变体对全蚀病菌敏感,并根据同时在大豆中鉴定出另一个与大豆苦味相关的阿拉伯糖基转移酶GmSSAT1,系统发育树表明AsAAT1GmSSA1UDP-arabinos糖基供体的特异性选择是独立进化的。



燕麦素是燕麦根中产生的抗微生物化合物,可提供对土壤传播的真菌病原体的保护,如谷类全蚀病菌Gaeumannomyces graminis var tritici,是一种造成世界所有小麦种植区主要产量损失的疾病。研究人员实验室前期研究表明,燕麦素生物合成途径受多个基因控制,但关于其活性C-3位置的L-arabinose糖苷键形成机理仍然不清楚。



研究人员首先根据拟南芥中的UGTs序列,在前期燕麦根尖转录组数据库中坚定道36个完整蛋白序列,并结合已知功能的三萜类物质糖基转移酶序列构建系统发育树,挑选与燕麦素合成途径中与SAD10聚类一起用于下一步分析,对其中的26个基因的的蛋白质组实验,获得三在根尖大量表达基因,最后研究人员根据这9个基因进行体外酶活实验(如下图),分别以UDP-Glc,UDP-α-D-galactose (UDP-Gal) or UDP-Ara为糖基供体,2,4,5-trichlorophenol(三氯苯酚)为糖基受体,结果表明,只有AsUGT99D1特异性选择UDP-Ara为糖基供体,其余8个酶均主要以UDP-Glc为糖基供体(其中一个没有活性),在烟草属石楠中瞬时表达AsUGT99D1HPLCNMR对代谢物分析,最终推断该基因为燕麦素A-1合成中催化C-3糖链形成第一个糖基转移酶。对野生型及aat1突变体接种全蚀病菌,aat1表现为更加感病。



 拟南芥AtUGT78D3是植物中第一个发现的黄酮类阿拉伯糖基转移酶,有趣的是 AsAAT1AtUGT78D3蛋白序列C端的保守基序PSPG末尾均有一个保守组氨酸Hhistidine,而其他已发现的葡糖基转移酶在该位点均为谷氨酰胺QGlutamine,研究人员认为该位点氨基酸残基可能决定阿拉伯糖基转移酶的活性,大豆皂苷是影响大豆苦味的重要化合物,关于该化合物C-22位点也存在一个阿拉伯糖苷键,其催化机制仍不清楚,据此信息在大豆数据库挖掘预测并获得6个基因序列,并通过体外酶活实验最终鉴定该酶为GmSSAT1(如下图),该基因与GmUGT73F2共同调控大豆豆荚大豆皂苷积累,该发现为大豆苦味改良提供了一定研究基础。



最后,研究人员定点诱变AsAAT1表明,该酶PSPG基序保守位点组氨酸(H404)对糖供体选择具有特异性,该基因蛋白序列H404P154突变使AsAAT1由阿拉伯糖基转移酶转变为葡萄糖基转移酶,该研究为探索发现植物中未知三萜类糖苷及其他糖苷形成的糖基转移酶提供一个新途径。AsAAT1GmSSAT1在系统发育树上属于不同分枝,为单双子叶植物中阿拉伯糖糖基转移酶对UDP-阿拉伯糖基供体特异性选择进化关系提供新视野。




weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: