Analýza Biosyntetické Dráhy Akteosidu

1.1 Cesta metabolismu fenylalanin-akteosidů

V současné době jsou obecné biosyntetické potenciální metabolické modulyAkteosiddosáhli konsensu, zejména zahrnujícího metabolickou dráhu fenylalaninu, dráhu dopaminu/tyraminovou dráhu a křížové dráhy přenosu acylu a modifikace glykosylu.

Studie ukázaly, že meziprodukty při syntéze akteosidu zahrnují kyselinu kávovou, caffeoyl-CoA, hydroxytyrosol a hydroxytyrosol glukosid [16-18]. Experimenty s hydrolýzou in vitro prokázaly, že akteosid byl působením glykosidhydrolázy[19-20}] hydrolyzován na kyselinu kávovou, de-rhamnosyl-akteosid (mutongfenetosid A) a dekafeoyl-akteosid. Studie vlivu teploty, světla, pH a dalších faktorů na stabilitu Acteosidu ukazují, že Acteosid může být v roztoku degradován na kyselinu kávovou a deffeoyl-verbasin [21]. Experimenty s krmením zvířat ukázaly, že hydrolyzovanými produkty Acteosidu v moči potkanů ​​byly hydroxytyrosol a kyselina kávová [22]. V metabolické dráze fenylalaninu je fenylalanin nejprve přeměněn na kyselinu skořicovou působením fenylalanin amonné lyázy (PAL) a kyselina skořicová je přeměněna na fenylalanin působením -4-hydroxylázy skořicové kyseliny (C4H). Kruh C4 je generován na kyselinu p-kumarovou, která je pak katalyzována 3-hydroxylázou kyseliny kumarové (C3H) za vzniku kyseliny kávové [3]. Navíc tyrosin amonná lyáza (TAL) odvozená ze Saccharomyces radiata může přeměnit tyrosin na kyselinu p-kumarovou a kyselina p-kumarová může být katalyzována pomocí C3H za vzniku kyseliny kávové, která poskytuje zdroj pro heterologní syntézu kyseliny kávové. nový nápad [23].

Chcete-li se dozvědět více o funkci Cistanche Acteoside

1.2 Dopaminová dráha/metabolická dráha tyraminu

Meziprodukty tyrosol a hydroxytyrosol dopaminové dráhy/tyraminové dráhy jsou dalším klíčovým prekurzorem pro biosyntézu akteosidu a mohou generovat salidrosid nebo hydroxytyrosol glukosid, prekurzorovou látku akteosidu, různými cestami. Tato dráha je důležitou cestou větvení v biosyntéze akteosidu (obr. 2b). Tyrosin vytváří L-dopa působením polyfenoloxidázy (PPO)/tyrosinhydroxylázy (TH) a dopa dekarboxyláza (DODC)/tyrosindekarboxyláza (TyDC) katalyzuje L-dopu. -Dopa produkuje dopamin, který je poté zpracován primární amin oxidázou (obsahující měď) (CuAO) a alkoholdehydrogenázou (ALDH) za vzniku hydroxytyrosolu [16-18, 24-25]. V jiné větvi je dopamin katalyzován primární amin (měď) oxidázou (CuAO)/monoaminoxidázou (MAO) za vzniku 3,4-DHPAA. Vavrička a spol.[26] využili hydroxyfenylacetaldehydsyntázu (DHPAAS) odvozenou z Bombyx mori s duálními funkcemi aldehydsyntázy a dekarboxylázy ke katalýze L-dopa na 3,4-DHPAA, a poté ALDH katalyzovanou 3,4-DHPAA. produkují hydroxytyrosol [24]. Tyraminová dráha může poskytovat tyrosolové nebo hydroxytyrosolové prekurzory pro dráhu biosyntézy akteosidů. Tyrosin je katalyzován TyDC za vzniku tyraminu, který je oxidován na 4-hydroxyfenylacetaldehyd (4-HPAA) pomocí CuAO/tyraminoxidázy (TYO), a 4-HPAA lze převést na {{19 }}hydroxyfenylacetaldehydreduktázy pomocí 4-hydroxyfenylacetaldehydreduktázy. (4HPAR)/ALDH je redukován na tyrosol a poté je tyrosol katalyzován tyrosolhydroxylázou (TLH) za vzniku hydroxytyrosolu [16-17,24,27-28]. Vzhledem k heterogenitě TyDC, TYO a ALDH vědci předložili hypotézu o jiných drahách syntézy tyraminu, to znamená, že tyrosin generuje tyramin pod dekarboxylací TyDC a pak tyramin vytváří dopamin působením TH a dopamin je dekarboxylován. od TH. TYO je oxidován na 3,4-DHPAA, který je následně redukován na hydroxytyrosol pomocí ALDH, ale TH v této domnělé dráze nebylo ověřeno [28]. Někteří vědci předpokládali, že polyfenoloxidáza (PPO) může katalyzovat tvorbu dopaminu z tyraminu a tvorbu hydroxytyrosolu ze salidrosidu hydroxylací, ale její funkce nebyla ověřena [16-18]. Kyselina rozmarinová je přirozeně se vyskytující polyfenolová sloučenina a studie ukázaly, že tyrosintransamináza (TAT) je prvním enzymem v dráze odvozené od tyrosinu při syntéze kyseliny rozmarinové, která katalyzuje transaminaci tyrosinu. 4-Hydroxypyruvát (4-HPPDC) je generován a poté 4-HPAA je generován působením 4-hydroxyfenylpyruvát dekarboxylázy (HPPADC) [29-30]. Torrens-Spence a kol. [31] poprvé objevili na pyridoxalfosfát-dependentní hydroxyfenylacetaldehydsyntázu (4HPAAS), která může přímo katalyzovat konverzi tyrosinu na 4-HPAA. Gen kódující glykosyltransferázu, která katalyzuje produkci salidrosidu z tyrosolu. Kromě toho může být tyrosin katalyzován TYR za vzniku hydroxytyrosolu [25]. Všechny enzymy v těchto enzymatických zkřížených drahách obohacují rozmanitost biosyntetických drah Acteosidu. 1.3 Zkřížená cesta acylového přenosu a glykosylové modifikace Acteosidu

Ze strukturních analogů Acteosidu je vidět, že jeho centrem je celá glukóza, která je esterifikována kaffeoylem, a pozice C3 je modifikována rhamnosylem (obr. 1a), ale jeho acylace a rhamnosylace výzkum molekulárního katalytického mechanismu nebyl dosud proveden. hlášeno. Z opačného závěru hydrolýzy, metabolických experimentů a chemické struktury Acteosidu existují dvě potenciální možnosti syntézy Acteosidu[19-22]. Nejprve jsou caffeoyl-CoA a hydroxytyrosol glukosid podrobeny působení acyltransferázy (chinin hydroxycinnamyl transferáza, HCT) za vzniku deltoxosidu A, který je přeměněn na rhamnosyltransferázu (UDP-rhamnosyltransferáza). rhamnóza glukosyltransferáza, URT) katalyzovala další produkci verbasózy. Další potenciální cestou je, že hydroxytyrosol produkuje hydroxytyrosol glukosid působením glukosyltransferázy a hydroxytyroyl glukosid produkuje deffeyl verbasin za katalýzy URT. Kondenzuje s caffeoyl-CoA za vzniku akteosidu (obr. 2c).

2 Efektivní regulační strategie syntézy akteosidů

2.1 Těžba transkriptomů související se syntézou akteosidů

Transkriptom označuje součet mRNA transkribovaných organismy za specifických fyziologických podmínek nebo růstového cyklu a je důležitým nástrojem pro studium genové struktury, funkce a růstového cyklu. Je důležitým prostředkem genové exprese a hlavní metodou asociačního fenotypového výzkumu. Aplikace transkriptomové technologie poskytuje účinný nástroj pro těžbu příbuzných enzymových genů v biosyntéze aktivních složek léčivých rostlin. Stále existuje mnoho klíčových enzymů v dráze syntézy akteosidu nevyřešených, takže množství mRNA v buňkách za specifických fyziologických podmínek může být použito k popisu úrovní genové exprese a odvození množství konečných proteinových produktů. Prostřednictvím analýzy relevantních transkriptomových dat byla získána data související se syntézou fenylethanoidních glykosidů (tabulka 1), která mohou poskytnout nápady pro biosyntézu akteosidu.

Cistanche Tubulosaje významnou léčivou rostlinou proextrakcí fenylethanoidových glykosidůa studium jeho genomu a transkriptomových dat poskytuje cenný zdroj pro studium biosyntetické dráhyAkteosid. Hluboké transkriptomové sekvenování sukulentních stonkůCistanche Tubulosabyla provedena za použití metody analýzy RNA-seqCistanche Tubulosaa jeho transkriptomová data byla získána poprvé. Prostřednictvím sekvenčního srovnání a fylogenetické analýzy byly identifikovány klíčové enzymy spojující primární metabolismus a sekundární metabolismus. Poprvé se spekulovalo o genu PAL, který je také prvním klíčovým enzymem v biosyntéze fenylethanoidů, ao 17 genech enzymů zapojených do biosyntézy fenylethanoidů v oddencích [32]. Výsledky zkoumání rozdílů v kvalitěCistanche Tubulosav různých typech pouští metabolomiky a transkriptomiky ukázaly, že obsah fenylethanoidu ve slano-alkalických půdách může být vyšší v důsledku up-regulace exprese PAL, ALDH, aspartátaminotransferázy (GOT) atd. [33]. Základem je analýza syntetické dráhy fenethylglykosidu. Rostlina Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa je bohatá na fenylethanolové glykosidy. De novo transkriptomovým sekvenováním hlíznatého kořene Rehmannia glutinosa a porovnáním KEGG dráhy a experimentální dráhy je navrženo 19 kandidátů, kteří mohou souviset s biosyntézou akteosidu. gen, který poskytuje směr pro analýzu cesty syntézy Acteosidu. Poté byla data centrálně ověřena pomocí RT-PCR a bylo zjištěno, že transkriptom Rehmannia glutinosa kóduje prefenát dehydratázu (ADT), aspartátaminotransferázu (ASP5), GOT2, 4CL, primární aminooxidázu (AOC3), C4H, HCT. a C3H geny [34]. Zajímavé je, že obsah Acteosidu v listech Rehmannia glutinosa je vyšší než v kořenech, což může být způsobeno různými úrovněmi exprese enzymů v různých částech v důsledku rozdílné exprese genů v konkrétních vývojových stádiích.

Poté byly kultivovány čtyři různé kultivary Rehmannia glutinosa s radiálními pruhy a neradiálními pruhy v kořenech hlíz a jejich transkriptomová data byla analyzována za účelem získání 223 genů souvisejících se syntézou akteosidů. Geny PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT a další byly analyzovány pomocí transkriptomových dat [16]. Při sekvenování transkriptomu Centantheragrandiflora Benth bylo vytěženo 231 genů zapojených do biosyntézy Acteosidu. 10 genů včetně PPO a HCT. Mezi nimi byl nejvíce exprimován CuAO, následovaný 4CL, ALDH a UGT a nejméně HCT. Geny zapojené do fenylalaninové a tyrosinové dráhy byly hojnější v listech a stoncích než v kořenech, zejména geny PAL a PPO. A ve srovnání s kořeny byly všechny čtyři geny PAL, C4H, C3H a 4CL v listech a stoncích up-regulovány, což naznačuje, že dráha odvozená od fenylalaninu je vysoce exprimována ve vzdušných částech [18]. Výše uvedené studie však předpověděly, že HCT a UGT katalyzovaly downstream enzymatickou dráhu caffeoyl-CoA a hydroxytyrosol glukosidu na Acteosid prostřednictvím transkriptomových studií, ale funkce příbuzných genů nebyly ověřeny [16,18]. Induktory se týkají faktorů, které mohou přimět rostliny k produkci rezistence nebo sebeobrany a obrany a mohou rychle, specificky a selektivně indukovat expresi různých specifických genů v rostlinách, a tím aktivovat specifické sekundární metabolity [35]. Za účelem screeningu nejlepšího elicitoru, který významně zvyšuje akumulaci Acteosidu ve vlasatých kořenech Rehmannia glutinosa, byl k porovnání elicitorů s různými koncentracemi použit systém genetické transformace Rehmannia glutinosa zprostředkovaný Agrobacterium rhizogenes. Dokáže nejen výrazně podpořit růst chlupatých kořínků, ale také výrazně zvýšit obsah Acteosidu. Poté byla použita technologie RNA-Seq k analýze transkriptomu vlasatých kořenů Rehmannia glutinosa indukovaných v různých časech, k nalezení odlišně exprimovaných genů za různých podmínek a nakonec ke stanovení PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO , ALDH, HCT, UGT. Izogenní se může podílet na biosyntéze akteosidů. Mezi nimi jsou C3H a ALDH nejhojnější a nejméně zastoupené homologní geny [17]. Kromě toho Fatemi a spol. [29] hodnotili vliv různých koncentrací elicitorů, jako je methyljasmonát (MeJA) a vícestěnné uhlíkové nanotrubice (MWCNT) na akumulaci kyseliny rozmarinové a úrovně exprese genů souvisejících s její biosyntetickou cestou. Geny PAL, TAT, 4HPPR a syntázy kyseliny rosmarinové (RAS) byly identifikovány jako klíčové geny, mezi nimiž má TAT transaminaci, což poskytuje nový nápad pro analýzu dráhy syntézy Acteosidu. Oliva (Oleaeuropaea) je bohatým zdrojem bioaktivních polyfenolů, které mohou produkovat hydroxytyrosol, důležitý prekurzor Acteosidu. Geny související s biosyntézou polyfenolů v plodech a listech oliv byly identifikovány sekvenováním transkriptomu v plné délce. V experimentu bylo kvantifikováno 12 polyfenolových sloučenin a bylo identifikováno 106 transkriptů 6 genových rodin a syntéza hydroxytyrosolu Mezi geny související se syntézou hydroxytyrosolu patří PPO, DODC, CuAO, ALDH a PAR [24]. Výsledky výše uvedené studie transkriptomu fenetylaminu poskytují základ pro analýzu dráhy syntézy akteosidu a těžbu regulačních genů a klíčových enzymů.