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一种重建植物代谢进化的科学方法

前沿科技 2019-08-02 10:57:09

植物已经进化到生产各种不同物种的化合物。这些化合物对植物的生存策略起着关键作用。苦毒有毒的化合物可保护植物免受昆虫和动物的侵害。同时,具有良好气味或多彩色素的化合物吸引携带花粉的昆虫。

在由植物产生的化合物中,一些物质由于其对人体的生理作用而具有药用用途。研究人员报道,苦参碱可用作中枢神经系统的抑制剂,类似于吗啡,而huperizine A也可用作治疗阿尔茨海默病的补充剂。这些化合物被称为生物碱,也是某些植物种类中氨基酸赖氨酸产生的代谢产物。

现在,赖氨酸衍生的生物碱系统是如何在植物中进化出来的?2016年,千叶大学的研究小组发现,生产赖氨酸衍生生物碱的植物具有对鸟氨酸和赖氨酸(赖氨酸/鸟氨酸脱羧酶)具有双功能脱羧活性的特殊酶。这些酶是通过古老的酶(鸟氨酸脱羧酶)的微突变进化而来的,这对于生产用于基础和生物活动的多胺是必不可少的,例如细胞分裂。,在各种生物中。这些酶可以脱羧并活化氨基酸赖氨酸,然后将其送入植物细胞中的生物碱生产中。微突变对于产生生物碱的代谢是至关重要的,并且对于使用赖氨酸作为生物碱生产材料的植物是常见的。

自2016年这一发现以来,研究小组一直期待微突变酶是植物进化生产某种生物碱的关键因素,因为这种突变只能在产生赖氨酸衍生生物碱的植物物种中看到。 。

最后,研究小组在日本千叶大学,理化学研究所和上总DNA研究所发表的论文证实植物学杂志认为是通过将赖氨酸/鸟氨酸脱羧从基因酶生成的生物碱在2019 7月31日,羽扇豆生产赖氨酸衍生生物碱进入拟南芥(拟南芥)。该团队还确定了拟南芥中新生成的代谢物类型,拟南芥是一种模型植物,最初没有产生任何生物碱的功能。

值得注意的是,研究小组重建了植物生长生物碱的植物代谢进化。通过插入酶的基因来转化代谢流,转化拟南芥生产生物碱。在拟南芥中引入的基因的表达导致由赖氨酸产生尸胺(1,5-二氨基戊烷),其被内源酶进一步代谢。这些过程导致产生新的生物碱相关代谢物; 拟南芥的 5-氨基戊醛,5-氨基戊酸和δ-戊内酰胺。

研究小组通过检测引入基因之前和之后代谢物的变化成功地鉴定了新产生的物质是一个值得注意的方法学发展,鉴于植物通常含有数千种代谢物,这是一项具有挑战性的任务。

“通过操纵植物中的一种基因,我们能够改变代谢流,并确定细胞中产生的生物碱类型,这是下一次发现的重要一步,”千叶县副教授Mami Yamazaki说。大学,谁领导了实验。“我们的研究开辟了一种可能的方法,通过对具有不同代谢能力的植物进行类似的基因工程来生产新的化合物,这些化合物在自然界中尚不存在。化学多样性的这种扩展是发展的必要条件。制药业的种子。“

研究小组希望用新开发的方法阐明植物的代谢机制,将在未来几年内稳定供应医疗成分。

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