遇见/摘要

糖基化修饰在自然界中广泛存在，也调控着各类化合物的活性。本文发现，植物通过“劫持”涉及细胞壁组装的纤维素合成体系中的一种酶，进化出了纤维素合酶类似酶（CslG）SOAP5，该酶具备催化三萜皂苷葡萄糖醛酸化的能力。研究人员基于发现的葡萄糖醛酸转移酶，发现了甘草中甘草酸生合途径的关键中间酶促反应。该工作为通过微生物发酵和基于植物皂苷开发的系统工程开辟了道路。

遇见/内容皂苷作为次生代谢产物中一大类，其广泛存在于超过个科的多种植物，其中萜类骨架可以被一个或多个糖基修饰形成。皂苷类成分在植物中具有广泛的功能，包括抗真菌、抗菌和杀虫活性。同时也具有较好的药理活性，如抗炎和抗癌特性以及作为疫苗的辅助剂。UGTs属于GT1超家族，其参与次生代谢产物的糖基化修饰（PlantCell,30,-），目前普遍认为参与植物次生代谢产物的糖基化过程的修饰酶均来自GT1超家族。在大豆、紫花苜蓿、甘草、甜菜以及藜麦等中均存在三萜C-3葡萄糖醛酸化的皂苷母核，且存在大量经过进一步修饰后的皂苷类成分，但这类皂苷的糖基化过程一直饱受争议，尤其是三萜的C-3位的第一步葡萄糖醛酸化过程仍未被解析（PlantJ.,99,–）。菠菜具有丰富的营养价值，其中含有一系列的皂苷类成分。近日，研究人员在菠菜中发现了纤维素合成类似酶（Csls，GTfamily2），其具有一种新型三萜糖基转移酶活性，可以完成三萜的C-3位的第一步葡萄糖醛酸化过程，进一步从多种植物也发现类似的同源基因，同时解析了从环氧化鲨烯到YossosideV生物合成途径（Fig.1）。这是首次发现植物次生代谢产物被UGT家族之外的酶进行糖基化修饰。相关研究成果发表至Nat.Chem.Biol。图1.YossosideV生物合成过程本研究通过5份皂苷类成分含量存在差异的组织进行转录组测序，根据高低皂苷含量样品间的基因表达差异以及已知的同源基因。得到并通过VIGS以及烟草过表达验证了SOAP1以及SOAP2基因的功能。继而通过共表达分析得到了5条细胞色素氧化还原酶、8条糖基转移酶和5条酰基转移酶基因（图2）。通过病毒介导的基因沉默、烟草过表达以及体外功能表征的方式验证了参与YossosideV生物合成过程中除SOAP5外所有的功能基因（图1）。图2共表达分析参与YossosideV生物合成的功能基因YossosideV生物合成过程中，发现第一步的葡萄糖醛酸化过程缺失，因此再次进行共表达分析，发现了唯一与所有诱饵共表达的基因SOAP5，该基因属于GT家族2的纤维素合酶类似酶G菠菜同源物（CelluloseSynthase-LikeGspinachhomolog，SoCslG），其与已报道的葡萄糖醛酸转移酶氨基酸相似度低于10%。研究人员通过VIGS、烟草过表达发现SOAP5参与第一步葡萄糖醛酸化过程（图3）。为了进一步验证其功能，SOAP5进行了体外功能表征同时也在酵母成功参与合成MA-3-O-GlcA。图3.SOAP5参与三萜C-3第一步葡萄糖醛酸化功能验证基于目前其它物种三萜皂苷元第一步葡萄糖醛酸化过程难以解析的困境，研究人员从如甘草大豆等6种植物中也挖掘并验证了同源基因，打通了甘草中主要活性成分甘草酸的生物合成途径（图4）。除此之外本文还通过定点突变研究了SOAP5的关键氨基酸以及器官定位。图4.甘草酸生物合成过程综上所述，CslG蛋白作为三萜葡糖醛酸转移酶的发现，表明植物次生代谢产物的糖基化并不是GT1超家族所独有的。因此，本文很可能会引发大量Csl酶的发现，其在多种萜类和次生代谢产物的修饰中起重要作用。除此之外，关键基因的解析使得利用工程菌大量全合成这类皂苷成分成为可能，如甘草酸的全合成。遇见/致谢致读者：

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