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【植物次生代谢虚拟教研室论坛#29】赵玉成:香豆素结构多样性产生的机制及其在伞形科内部的演化
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香豆素 类化合物是一大类具有芳香气味的天然产物,广泛分布在 伞形科、芸香科、桑科、豆科 等植物中,也是天然产物重要活性基团四氢呋喃、四氢吡喃的典型代表。前期,结合多组学分析,体内体外功能验证,我们发现 两类酶 在决定香豆素结构多样性上起到重要作用:香豆素骨架通过不同的 异戊烯基转移酶 (PpPT1, PpPT2)进行异戊烯基化,形成线型或角型代谢物,进而,通过两个新颖的CYP450环化酶进行环化,形成呋喃或吡喃香豆素。最终,两类酶协同作用,共同完成了 4大类不同类型香豆素骨架的合成 。在此基础上,我们进而对整个被子植物中的相关酶进行了分析,发现 PT与环化酶在伞形科植物中均发生了显著的基因扩张 。同时,还有两个科也有一定的扩张但明显的分成了三个类群,提示 香豆素途径在不同物种中趋同进化 。更进一步,我们对伞形科植物的34种基因组和转录组进行了全面的系统发育分析,重建了伞形科中复杂香豆素生物合成途径的详细演化过程。结果显示,在不同的演化节点上,三个关键酶——对香豆酰辅酶A 2'-羟化酶(C2’H)、PT和环化酶——通过不同的基因复制方式(包括异位和串联复制)相继起源于伞形科内部,并在不同伞形科植物中产生了新的功能化从而赋予了这些酶进行不同类型复杂香豆素的架构。上述结果描绘了 伞形科中复杂香豆素生物合成途径的建立和演化的详细轨迹 ,解释了为什么只有部分而不是所有的伞形科植物能够产生复杂香豆素,并 揭示了不同伞形科植物之间复杂香豆素结构多样性的机制 。
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