Analýza biosyntetickej dráhy akteozidu

1.1 Metabolická dráha fenylalanín-akteozidu

V súčasnosti sú všeobecné biosyntetické potenciálne metabolické modulyakteoziddosiahli konsenzus, ktorý zahŕňa najmä metabolickú dráhu fenylalanínu, dráhu dopamínu/tyramínovú dráhu a krížové dráhy prenosu acylu a modifikácie glykozylu.

Štúdie ukázali, že medziprodukty pri syntéze akteozidu zahŕňajú kyselinu kávovú, caffeoyl-CoA, hydroxytyrozol a hydroxytyrozol glukozid [16-18]. Experimenty s hydrolýzou in vitro preukázali, že akteozid sa pôsobením glykozidovej hydrolázy[19-20}] hydrolyzoval na kyselinu kávovú, de-ramnosyl-akteozid (mutongfenetozid A) a dekafeoyl-akteozid. Štúdie o účinkoch teploty, svetla, pH a iných faktorov na stabilitu akteozidu ukazujú, že akteozid sa môže v roztoku rozložiť na kyselinu kávovú a dekafeoylverbazín [21]. Experimenty s kŕmením zvierat ukázali, že hydrolyzovanými produktmi akteozidu v moči potkanov boli hydroxytyrozol a kyselina kávová [22]. V metabolickej dráhe fenylalanínu sa fenylalanín najprv premení na kyselinu škoricovú pôsobením fenylalanín amónnej lyázy (PAL) a kyselina škoricová sa premení na fenylalanín pôsobením škoricovej -4-hydroxylázy (C4H). Kruh C4 sa generuje na kyselinu p-kumarovú, ktorá je potom katalyzovaná 3-hydroxylázou (C3H) kyseliny kumarovej za vzniku kyseliny kávovej [3]. Okrem toho tyrozínamónová lyáza (TAL) odvodená zo Saccharomyces radiata môže konvertovať tyrozín na kyselinu p-kumarovú a kyselina p-kumarová môže byť katalyzovaná pomocou C3H za vzniku kyseliny kávovej, ktorá poskytuje zdroj pre heterológnu syntézu kyseliny kávovej. nový nápad [23].

Ak chcete vedieť viac o funkcii Cistanche Acteoside

1.2 Dopamínová dráha/metabolická dráha tyramínu

Medziprodukty tyrozol a hydroxytyrozol dopamínovej dráhy/tyramínovej dráhy sú ďalším kľúčovým prekurzorom pre biosyntézu akteozidu a môžu vytvárať salidrozid alebo hydroxytyrozol glukozid, prekurzorovú látku akteozidu, rôznymi cestami. Táto dráha je dôležitou vetvou v biosyntéze akteozidu (obr. 2b). Tyrozín generuje L-dopa pôsobením polyfenoloxidázy (PPO)/tyrozínhydroxylázy (TH) a dopa dekarboxyláza (DODC)/tyrozín dekarboxyláza (TyDC) katalyzuje L-dopu. -Dopa produkuje dopamín, ktorý je potom spracovaný primárnou amínoxidázou (obsahujúcou meď) (CuAO) a alkoholdehydrogenázou (ALDH) za vzniku hydroxytyrozolu [16-18, 24-25]. V inej vetve je dopamín katalyzovaný primárnou amínovou (meďou) oxidázou (CuAO)/monoaminooxidázou (MAO) za vzniku 3,4-DHPAA. Vavricka a spol.[26] využili hydroxyfenylacetaldehydsyntázu (DHPAAS) odvodenú od Bombyx mori s duálnymi funkciami aldehydsyntázy a dekarboxylázy na katalýzu L-dopa na 3,4-DHPAA a potom ALDH katalyzovanú 3,4-DHPAA. produkujú hydroxytyrozol [24]. Tyramínová dráha môže poskytnúť prekurzory tyrozolu alebo hydroxytyrozolu pre dráhu biosyntézy akteozidu. Tyrozín je katalyzovaný TyDC za vzniku tyramínu, ktorý sa oxiduje na 4-hydroxyfenylacetaldehyd (4-HPAA) pomocou CuAO/tyramínoxidázy (TYO) a 4-HPAA sa môže premeniť na {{19 }}hydroxyfenylacetaldehydreduktázy pomocou 4-hydroxyfenylacetaldehydreduktázy. (4HPAR)/ALDH sa redukuje na tyrozol a potom je tyrozol katalyzovaný tyrozolhydroxylázou (TLH) za vzniku hydroxytyrozolu [16-17,24,27-28]. Kvôli heterogenite TyDC, TYO a ALDH výskumníci predložili hypotézu o iných dráhach syntézy tyramínu, to znamená, že tyrozín generuje tyramín dekarboxyláciou TyDC a potom tyramín generuje dopamín pôsobením TH a dopamín je dekarboxylovaný. od TH. TYO sa oxiduje na 3,4-DHPAA, ktorý sa potom redukuje na hydroxytyrozol pomocou ALDH, ale TH v tejto predpokladanej dráhe nebolo overené [28]. Niektorí vedci predpokladali, že polyfenoloxidáza (PPO) môže katalyzovať tvorbu dopamínu z tyramínu a tvorbu hydroxytyrozolu zo salidrozidu hydroxyláciou, ale jej funkcia nebola overená [16-18]. Kyselina rozmarínová je prirodzene sa vyskytujúca polyfenolová zlúčenina a štúdie ukázali, že tyrozíntransamináza (TAT) je prvým enzýmom v dráhe odvodenej od tyrozínu pri syntéze kyseliny rozmarínovej, ktorá katalyzuje transamináciu tyrozínu. Vzniká 4-Hydroxypyruvát (4-HPPDC) a potom 4-HPAA vzniká pôsobením 4-hydroxyfenylpyruvátdekarboxylázy (HPPADC) [29-30]. Torrens-Spence a kol. [31] prvýkrát objavili hydroxyfenylacetaldehydsyntázu závislú od pyridoxalfosfátu (4HPAAS), ktorá môže priamo katalyzovať konverziu tyrozínu na 4-HPAA. Gén kódujúci glykozyltransferázu, ktorá katalyzuje produkciu salidrosidu z tyrozolu. Okrem toho môže byť tyrozín katalyzovaný TYR za vzniku hydroxytyrozolu [25]. Všetky enzýmy v týchto enzymatických krížových dráhach obohacujú rozmanitosť biosyntetických dráh Acteozidu. 1.3 Skrížená cesta acylového prenosu a glykozylovej modifikácie akteozidu

Zo štruktúrnych analógov akteozidu je zrejmé, že jeho centrom je celá glukóza, ktorá je esterifikovaná kaffeoylom, a poloha C3 je modifikovaná ramnosylom (obr. 1a), ale jeho acylácia a ramnosylácia Výskum molekulárneho katalytického mechanizmu nebol doteraz známy. nahlásené. Z reverznej inferencie hydrolýzy, metabolických experimentov a chemickej štruktúry akteozidu existujú dve potenciálne možnosti syntézy akteozidu[19-22]. Najprv sa caffeoyl-CoA a hydroxytyrozol glukozid podrobia pôsobeniu acyltransferázy (chinín hydroxycinnamyl transferáza, HCT) za vzniku deltoxozidu A, ktorý sa premení na ramnosyltransferázu (UDP-ramnosyltransferáza). ramnóza glukozyltransferáza, URT) katalyzovala ďalšiu produkciu verbasózy. Ďalšou potenciálnou cestou je, že hydroxytyrozol produkuje hydroxytyrozol glukozid pôsobením glukozyltransferázy a hydroxytyroyl glukozid produkuje dekafeyl verbasín za katalýzy URT. Kondenzuje s caffeoyl-CoA za vzniku akteozidu (obr. 2c).

2 Účinná stratégia regulácie syntézy akteozidov

2.1 Ťažba transkriptómov súvisiaca so syntézou akteozidov

Transkriptóm označuje súčet mRNA transkribovaných organizmami za špecifických fyziologických podmienok alebo rastového cyklu a je dôležitým nástrojom na štúdium génovej štruktúry, funkcie a rastového cyklu. Je dôležitým prostriedkom génovej expresie a hlavnou metódou výskumu asociačných fenotypov. Aplikácia technológie transkriptómu poskytuje efektívny nástroj na ťažbu príbuzných génov enzýmov v biosyntéze aktívnych zložiek liečivých rastlín. V dráhe syntézy akteozidu je stále veľa nevyriešených kľúčových enzýmov, takže množstvo mRNA v bunkách za špecifických fyziologických podmienok možno použiť na opísanie hladín génovej expresie a odvodenie množstva konečných proteínových produktov. Prostredníctvom analýzy relevantných transkriptómových údajov sa získali údaje súvisiace so syntézou fenyletanoidných glykozidov (tabuľka 1), ktoré môžu poskytnúť nápady na biosyntézu akteozidu.

Cistanche Tubulosaje významnou liečivou rastlinou preextrakcia fenyletanoidových glykozidova štúdium jeho genómových a transkriptómových údajov poskytuje cenný zdroj pre štúdium biosyntetickej dráhyakteozid. Hlboké transkriptómové sekvenovanie sukulentných stoniekCistanche Tubulosasa uskutočnila s použitím metódy analýzy RNA-seqCistanche Tubulosaa jeho transkriptomové údaje boli získané prvýkrát. Porovnaním sekvencií a fylogenetickou analýzou boli identifikované kľúčové enzýmy spájajúce primárny metabolizmus a sekundárny metabolizmus. Prvýkrát sa špekulovalo o géne PAL, ktorý je tiež prvým kľúčovým enzýmom v biosyntéze fenyletanoidov, ao 17 génoch enzýmov zapojených do biosyntézy fenyletanoidov v odnožiach [32]. Výsledky skúmania rozdielov v kvaliteCistanche Tubulosav rôznych typoch púští metabolomikou a transkriptomikou ukázali, že obsah fenyletanoidu v soľno-alkalických pôdach môže byť vyšší v dôsledku upregulácie expresie PAL, ALDH, aspartátaminotransferázy (GOT) atď. [33]. Základ poskytuje analýza syntetickej dráhy fenetylglykozidu. Rastlina Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa je bohatá na fenyletanolové glykozidy. De novo transkriptómovým sekvenovaním hľuzového koreňa Rehmannia glutinosa a porovnaním KEGG dráhy a experimentálnej dráhy sa navrhuje 19 kandidátov, ktorí môžu súvisieť s biosyntézou akteozidu. gén, ktorý poskytuje smer pre analýzu syntéznej dráhy akteozidu. Potom sa údaje centrálne overili pomocou RT-PCR a zistilo sa, že transkriptóm Rehmannia glutinosa kóduje prefenát dehydratázu (ADT), aspartátaminotransferázu (ASP5), GOT2, 4CL, primárnu aminooxidázu (AOC3), C4H, HCT. a C3H gény [34]. Je zaujímavé, že obsah akteozidu v listoch Rehmannia glutinosa je vyšší ako v koreňoch, čo môže byť spôsobené rôznymi hladinami expresie enzýmov v rôznych častiach v dôsledku rozdielnej expresie génov v konkrétnych vývojových štádiách.

Potom sa kultivovali štyri rôzne kultivary Rehmannia glutinosa s radiálnymi pruhmi a neradiálnymi pruhmi v koreňoch hľúz a ich transkriptómové údaje sa analyzovali, aby sa získalo 223 génov súvisiacich so syntézou akteozidov. PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT a ďalšie gény boli analyzované pomocou transkriptómových údajov [16]. Pri sekvenovaní transkriptómu Centantheragrandiflora Benth sa ťažilo 231 génov zapojených do biosyntézy akteozidu. 10 génov vrátane PPO a HCT. Medzi nimi bol najviac vyjadrený CuAO, nasledovaný 4CL, ALDH a UGT a najmenej HCT. Gény zapojené do fenylalanínových a tyrozínových dráh boli hojnejšie v listoch a stonkách ako v koreňoch, najmä gény PAL a PPO. A v porovnaní s koreňmi boli všetky štyri gény PAL, C4H, C3H a 4CL v listoch a stonkách upregulované, čo naznačuje, že dráha odvodená od fenylalanínu je vysoko exprimovaná vo vzdušných častiach [18]. Vyššie uvedené štúdie však predpovedali, že HCT a UGT katalyzovali downstream enzymatickú dráhu caffeoyl-CoA a hydroxytyrozol glukozidu na akteozid prostredníctvom transkriptómových štúdií, ale funkcie príbuzných génov neboli overené [16,18]. Induktory sa vzťahujú na faktory, ktoré môžu vyvolať u rastlín rezistenciu alebo sebaobranu a obranu a môžu rýchlo, špecificky a selektívne indukovať expresiu rôznych špecifických génov v rastlinách, čím aktivujú špecifické sekundárne metabolity [35]. Aby sa skrínoval najlepší elicitor, ktorý významne zvyšuje akumuláciu akteozidu vo vlasatých koreňoch Rehmannia glutinosa, na porovnanie elicitorov s rôznymi koncentráciami sa použil systém genetickej transformácie Rehmannia glutinosa sprostredkovaný Agrobacterium rhizogenes. Dokáže nielen výrazne podporiť rast chlpatých korienkov, ale aj výrazne zvýšiť obsah Acteosidu. Potom bola použitá technológia RNA-Seq na analýzu transkriptómu chlpatých koreňov Rehmannia glutinosa indukovaných v rôznych časoch, na nájdenie rozdielne exprimovaných génov za rôznych podmienok a nakoniec na stanovenie PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO. , ALDH, HCT, UGT. Izogénny sa môže podieľať na biosyntéze akteozidu. Medzi nimi sú C3H a ALDH najrozšírenejšie a najmenej sa vyskytujúce homológne gény [17]. Okrem toho Fatemi a spol. [29] hodnotili vplyv rôznych koncentrácií elicitorov, ako je metyljasmonát (MeJA) a mnohostenné uhlíkové nanorúrky (MWCNT) na akumuláciu kyseliny rozmarínovej a úrovne expresie génov súvisiacich s jej biosyntetickou cestou. Gény PAL, TAT, 4HPPR a syntázy kyseliny rozmarínovej (RAS) boli identifikované ako kľúčové gény, medzi ktorými má TAT transamináciu, čo poskytuje nový nápad na analýzu dráhy syntézy akteozidu. Oliva (Oleaeuropaea) je bohatým zdrojom bioaktívnych polyfenolov, ktoré môžu produkovať hydroxytyrozol, dôležitý prekurzor akteozidu. Gény súvisiace s biosyntézou polyfenolov v plodoch a listoch olív boli identifikované sekvenovaním transkriptómu v plnej dĺžke. V experimente sa kvantifikovalo 12 polyfenolových zlúčenín a identifikovalo sa 106 transkriptov 6 génových rodín a syntéza hydroxytyrozolu Gény súvisiace so syntézou hydroxytyrozolu zahŕňajú PPO, DODC, CuAO, ALDH a PAR [24]. Výsledky vyššie uvedenej štúdie transkriptómu fenetylamínu poskytujú základ pre analýzu dráhy syntézy akteozidu a ťažby regulačných génov a kľúčových enzýmov.