Analiza căii de biosinteză a acteozidei

1.1 Calea de metabolizare a fenilalaninei acteozide

În prezent, modulele metabolice potențiale biosintetice generale aleActeozidau ajuns la un consens, incluzând în principal calea metabolică a fenilalaninei, calea dopaminei/calea tiramină și căile încrucișate de transfer acil și modificarea glicozilului din aval.

Studiile au arătat că intermediarii în sinteza acteozidei includ acidul cafeic, cafeoil-CoA, hidroxitirozolul și hidroxitirozolul glucozid [16-18]. Experimentele de hidroliză in vitro au demonstrat că Acteozidul a fost hidrolizat în acid cafeic, de-ramnosil-Acteozidă (mutongfenetozidă A) și decafeoil-Acteozidă sub acțiunea glicozidei hidrolazei[19-20]. Studiile privind efectele temperaturii, luminii, pH-ului și alți factori asupra stabilității Acteoside arată că Acteoside poate fi degradat în acid cafeic și decafeoil-verbasin în soluție [21]. Experimentele de hrănire a animalelor au arătat că produsele hidrolizate ale Acteoside în urina de șobolan au fost hidroxitirosol și acid cafeic [22]. În calea metabolică a fenilalaninei, fenilalanina este mai întâi transformată în acid cinamic sub acțiunea fenilalaninei amoniac liaze (PAL), iar acidul cinamic este transformat în fenilalanină sub acțiunea -4-hidroxilazei acidului cinamic (C4H). Inelul C4 este generat în acid p-cumaric, care este apoi catalizat de 3-hidroxilaza (C3H) a acidului cumaric pentru a genera acid cafeic [3]. În plus, tirozina amoniac lază (TAL) derivată din Saccharomyces radiata poate transforma tirozina în acid p-cumaric, iar acidul p-cumaric poate fi catalizat de C3H pentru a genera acid cafeic, care oferă sursa pentru sinteza heterologă a acidului cafeic. o idee nouă [23].

Pentru a afla mai multe cunoștințe despre funcția Cistanche Acteoside

1.2 Calea dopaminei/calea metabolismului tiraminei

Intermediarii tirozolului și hidroxitirozolului din calea dopaminei/căii tiraminei sunt un alt precursor cheie pentru biosinteza Acteozidei și pot genera salidrozidă sau hidroxitirozol glucozid, substanța precursoare a Acteozidei, prin diferite căi. Această cale este o cale de ramificare importantă în biosinteza Acteozidei (Fig. 2b). Tirozina generează L-dopa sub acțiunea polifenol oxidazei (PPO)/tirozinhidroxilazei (TH), iar dopa decarboxilaza (DODC)/tirozin decarboxilaza (TyDC) catalizează L-dopa. -Dopa produce dopamină, care este apoi procesată de amină primară (conținând cupru) oxidază (CuAO) și alcool dehidrogenază (ALDH) pentru a genera hidroxitirosol [16-18, 24-25]. Într-o altă ramură, dopamina este catalizată de amină (cupru) oxidază primară (CuAO)/monoaminoxidază (MAO) pentru a genera 3,4-DHPAA. Vavricka și colab.[26] a utilizat hidroxifenilacetaldehidă sintetaza (DHPAAS) derivată din Bombyx mori cu funcții duale de aldehidă sintetază și decarboxilază pentru a cataliza L-dopa la 3,4-DHPAA, iar apoi ALDH a catalizat 3,4-DHPAA. produc hidroxitirosol [24]. Calea tiraminei poate furniza precursori de tirozol sau hidroxitirozol pentru calea de biosinteză a acteozidelor. Tirozina este catalizată de TyDC pentru a forma tiramină, care este oxidată la 4-hidroxifenilacetaldehidă ({4-HPAA) de CuAO/tiraminoxidază (TYO), iar 4-HPAA poate fi convertită în {{19 }}hidroxifenilacetaldehida reductază de către 4-hidroxifenilacetaldehida reductază. (4HPAR)/ALDH este redus la tirosol, iar apoi tirozolul este catalizat de tirozolhidroxilaza (TLH) pentru a genera hidroxitirosol [16-17,24,27-28]. Datorită eterogenității TyDC, TYO și ALDH, cercetătorii au avansat ipoteza altor căi de sinteză a tiraminei, adică tirozina generează tiramină sub decarboxilarea TyDC, iar apoi tiramina generează dopamină sub acțiunea TH, iar dopamina este decarboxilată. de TH. TYO este oxidat la 3,4-DHPAA, care este apoi redus la hidroxitirosol de către ALDH, dar TH în această cale presupusă nu a fost verificată [28]. Unii cercetători au emis ipoteza că polifenol oxidaza (PPO) poate cataliza generarea de dopamină din tiramină și generarea de hidroxitirozol din salidrozidă prin hidroxilare, dar funcția acesteia nu a fost verificată [16-18]. Acidul rosmarinic este un compus polifenolic natural, iar studiile au arătat că tirozin transaminaza (TAT) este prima enzimă din calea derivată din tirozină în sinteza acidului rosmarinic, care catalizează transaminarea tirozinei. 4-Se generează hidroxipiruvat (4-HPPDC), apoi 4-HPAA este generat sub acțiunea 4-hidroxifenilpiruvat decarboxilazei (HPPADC) [29-30]. Torrens-Spence și colab. [31] a descoperit pentru prima dată o hidroxifenilacetaldehidă sintetază dependentă de piridoxal (4HPAAS), care poate cataliza direct conversia tirozinei în 4-HPAA. O genă care codifică o glicoziltransferază care catalizează producția de salidrozidă din tirosol. În plus, tirozina poate fi catalizată de TYR pentru a produce hidroxitirosol [25]. Enzimele din aceste căi de încrucișare enzimatică îmbogățesc toate diversitatea căilor de biosinteză ale Acteoside. 1.3 Calea încrucișată a transferului acilului și modificării glicozilice a Acteozidei

Din analogii structurali ai Acteozidei, se poate observa că centrul său este toată glucoza, care este esterificată cu cafeoil, iar poziția C3 este modificată de ramnosil (Fig. 1a), dar acilarea și ramnosilarea acestuia nu au fost cercetate mecanismul catalitic molecular. raportat. Din inferența inversă a hidrolizei, experimentele metabolice și structura chimică a acteozidei, există două posibilități potențiale pentru sinteza acteozidei[19-22]. În primul rând, cafeoil-CoA și hidroxitirozol glucozidul sunt supuse acțiunii aciltransferazei (chinina hidroxicinamil transferaza, HCT) pentru a genera deltoxozida A, care este transformată în ramnosiltransferază (UDP-ramnosiltransferaza). ramnoza glucoziltransferaza, URT) a catalizat producția ulterioară de verbazoză. O altă cale potențială este aceea că hidroxitirozolul produce hidroxitirozol glucozid sub acțiunea glucoziltransferazei, iar hidroxitiroil glucozidul produce decafeil verbazina sub cataliza URT. Se condensează cu cafeoil-CoA pentru a forma Acteoside (Fig. 2c).

2 Strategia de reglare eficientă a sintezei acteozidelor

2.1 Exploatarea transcriptomului legată de sinteza acteozidelor

Transcriptomul se referă la suma ARNm-urilor transcrise de organisme într-o anumită condiție fiziologică sau ciclu de creștere și este un instrument important pentru studiul structurii genelor, funcției și ciclului de creștere. Este un mijloc important de exprimare a genelor și principala metodă de cercetare a fenotipului de asociere. Aplicarea tehnologiei transcriptomului oferă un instrument eficient pentru extragerea genelor enzimelor legate de mine în biosinteza componentelor active ale plantelor medicinale. Există încă multe enzime cheie în calea de sinteză a Acteozidei nerezolvate, astfel încât abundența ARNm în celule în condiții fiziologice specifice poate fi utilizată pentru a descrie nivelurile de expresie a genelor și a deduce abundența produselor proteice finale. Prin analiza datelor relevante ale transcriptomului s-au obținut date referitoare la sinteza glicozidelor feniletanoide (Tabelul 1), care pot oferi idei pentru biosinteza Acteozidei.

Cistanche Tubulosaeste o plantă medicinală importantă pentruextragerea glicozidelor feniletanoide, iar studiul datelor sale genomului și transcriptomului oferă o resursă valoroasă pentru studiul căii de biosinteză aActeozid. Secvențierea profundă a transcriptomului tulpinilor suculente aleCistanche Tubulosaa fost efectuat folosind metoda de analiză ARN-seq pentruCistanche Tubulosa, iar datele sale de transcriptom au fost obținute pentru prima dată. Prin compararea secvenței și analiza filogenetică, au fost identificate enzimele cheie care leagă metabolismul primar și metabolismul secundar. Gena PAL, care este, de asemenea, prima enzimă cheie în biosinteza feniletanoidului, și 17 gene enzimatice implicate în biosinteza feniletanoidului în rizomi au fost speculate pentru prima dată [32]. Rezultatele explorării diferențelor de calitate aleCistanche Tubulosaîn diferite tipuri de deșerturi prin metabolomică și transcriptomică au arătat că conținutul de feniletanoid în solurile salino-alcaline poate fi mai mare datorită reglării în sus a expresiilor PAL, ALDH, aspartat aminotransferazei (GOT) etc. [33]. Analiza căii sintetice a fenetilglicozidei oferă baza. Planta Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa este bogată în glicozide feniletanol. Prin secvențierea transcriptomului de novo a rădăcinii tuberoase a Rehmannia glutinosa și comparând calea KEGG și calea experimentală, sunt propuși 19 candidați care pot fi legați de biosinteza Acteozidei. gena, care oferă o direcție pentru analiza căii de sinteză a Acteoside. Apoi, datele au fost verificate central prin RT-PCR și s-a constatat că transcriptomul Rehmannia glutinosa codifică prefenat dehidratază (ADT), aspartat aminotransferaza (ASP5), GOT2, 4CL, aminoxidază primară (AOC3), C4H, HCT. și genele C3H [34]. Interesant este că conținutul de Acteoside din frunzele de Rehmannia glutinosa este mai mare decât cel din rădăcini, ceea ce se poate datora nivelurilor diferite de expresie ale enzimelor în diferite părți, datorită expresiei diferențiate a genelor în stadii specifice de dezvoltare.

Ulterior, patru soiuri diferite de Rehmannia glutinosa au fost cultivate cu dungi radiale și dungi non-radiale în rădăcinile tuberculilor, iar datele transcriptomului acestora au fost analizate pentru a obține 223 de gene legate de sinteza Acteoside. PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT și alte gene au fost analizate prin date transcriptomului [16]. 231 de gene implicate în biosinteza Acteoside au fost extrase în secvențierea transcriptomului Centantheragrandiflora Benth. 10 gene inclusiv PPO și HCT. Dintre acestea, CuAO a fost cel mai exprimat, urmat de 4CL, ALDH și UGT, iar cel mai puțin HCT. Genele implicate în căile fenilalaninei și tirozinei au fost mai abundente în frunze și tulpini decât în ​​rădăcini, în special genele PAL și PPO. Și în comparație cu rădăcinile, cele patru gene PAL, C4H, C3H și 4CL din frunze și tulpini au fost toate reglate în sus, ceea ce indică faptul că calea derivată din fenilalanină este foarte exprimată în părțile aeriene [18]. Cu toate acestea, studiile de mai sus au prezis că HCT și UGT au catalizat calea enzimatică din aval a cafeoil-CoA și hidroxitirozol glucozid la Acteoside prin studii de transcriptom, dar funcțiile genelor înrudite nu au fost verificate [16,18]. Inductorii se referă la factori care pot induce plantele să producă rezistență sau autoapărare și defensi și pot induce rapid, specific și selectiv exprimarea unei varietăți de gene specifice în plante, activând astfel metaboliți secundari specifici [35]. Pentru a selecta cel mai bun elicitor care crește semnificativ acumularea de Acteoside în rădăcinile păroase ale Rehmannia glutinosa, a fost utilizat sistemul de transformare genetică a Rehmannia glutinosa mediat de Agrobacterium rhizogenes pentru a compara elicitorii cu diferite concentrații. Nu numai că poate promova în mod semnificativ creșterea rădăcinilor păroase, ci și poate crește semnificativ conținutul de Acteoside. Ulterior, tehnologia ARN-Seq a fost folosită pentru a analiza transcriptomul rădăcinilor păroase ale Rehmannia glutinosa indus în momente diferite, pentru a găsi gene exprimate diferențial în diferite condiții și, în final, pentru a determina PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO. , ALDH, HCT, UGT. Izogenul poate fi implicat în biosinteza acteozidelor. Dintre acestea, C3H și ALDH sunt genele omoloage cele mai abundente și, respectiv, cele mai puțin abundente [17]. În plus, Fatemi și colab. [29] au evaluat efectul diferitelor concentrații de elicitori, cum ar fi jasmonat de metil (MeJA) și nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWCNT) asupra acumulării de acid rosmarinic și nivelurile de expresie ale genelor legate de calea sa biosintetică. Genele PAL, TAT, 4HPPR și sintaza acidului rosmarinic (RAS) au fost identificate ca gene cheie, printre care TAT are transaminare, ceea ce oferă o nouă idee pentru analiza căii de sinteză a Acteoside. Măslinul (Oleaeuropaea) este o sursă bogată de polifenoli bioactivi, care pot produce hidroxitirosol, un precursor important al Acteozidei. Genele legate de biosinteza polifenolilor din fructele și frunzele de măslin au fost identificate prin secvențierea transcriptomului de lungime completă. Doisprezece compuși polifenoli au fost cuantificați în experiment și au fost identificate 106 transcrieri a 6 familii de gene și sinteza hidroxitirozolului Genele legate de sinteza hidroxitirozolului includ PPO, DODC, CuAO, ALDH și PAR [24]. Rezultatele studiului transcriptomului de fenetilamină de mai sus oferă o bază pentru analiza căii de sinteză a Acteoside și extragerea genelor de reglare și a enzimelor cheie.