近日，廣州中醫(yī)藥大學(xué)馬東明/詹若挺等在國際一流學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞報告》Cell Reports 發(fā)表一項最新研究成果，題為：Genomic insights into the evolution of flavonoid biosynthesis and O-methyltransferase and glucosyltransferase in Chrysanthemum indicum。
黃酮類化合物（Flavonoids）是一類廣泛分布于植物的生物活性次級代謝產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)多樣性主要源于位點特異性甲基化和糖基化修飾。地奧司明（Diosmin，Luteolin-4'-methoxyl-7-O-glucosyl-rhamnoside）是一種存在于野菊（Chrysanthemum indicum）中的罕見黃酮苷，為增強靜脈張力性藥物和血管保護劑，常用于痔瘡治療。菊屬植物如何進(jìn)化出這種新的生物合成能力仍然成謎。
本研究中，作者組裝了一個 3.11 Gb 的高質(zhì)量野菊基因組，重疊群 N50 值為 4.39 Mb，并注釋了 50,606 個蛋白編碼基因。發(fā)現(xiàn)一個串聯(lián)重復(fù)的O-甲基轉(zhuǎn)移酶基因 CiCOMT10 發(fā)生了新功能化（Neofunctionalization），特異性催化鄰位取代木犀草素（Luteolin）上4'位羥基的甲基化，進(jìn)而形成地奧司明的重要生物合成前體 Diosmetin。此外，鑒定了糖基轉(zhuǎn)移酶 CiUGT11（UGT88B3）介導(dǎo) Diosmetin 的7位羥基發(fā)生特異性糖基化修飾。最后，作者通過組合CiCOMT10、CiUGT11和之前鑒定的鼠李糖基轉(zhuǎn)移酶（Rhamnosyltransferase），構(gòu)建了一個一鍋級聯(lián)生物催化系統(tǒng)，從木犀草素出發(fā)，實現(xiàn)了地奧司明的高效合成，木犀草素的轉(zhuǎn)化率超過80%。
Fig. 1 Phylogenetic and evolutionary analyses from the viewpoint of the genome.
Fig. 2 Tandem duplication and neofunctionalization of F4′OMTs revealed by the genomic and biochemical analyses.
總之，本研究成功組裝了染色體水平的野菊基因組，揭示特異性4'-O-甲基轉(zhuǎn)移酶可能發(fā)生了新功能化事件，鑒定了地奧司明生物合成通路中缺失的甲基轉(zhuǎn)移酶和糖基轉(zhuǎn)移酶，進(jìn)一步通過體外多酶級聯(lián)反應(yīng)重構(gòu)生物合成途徑進(jìn)行確證，實現(xiàn)了從木犀草素合成地奧司明，闡明了轉(zhuǎn)移酶在黃酮類化合物結(jié)構(gòu)多樣化中的作用，并提供了產(chǎn)生稀有黃酮類化合物所必需的重要基因元件，為利用合成生物學(xué)技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)高附加值黃酮類化合物鋪平了道路。
Fig. 3 Identification of F7GlcTs through genomic analyses and the biochemical characterization of some UGTs.
Fig. 4 Reconstruction of the diosmin biosynthetic pathway using a one-pot multi-enzyme cascade system.
Fig. 5 Overview of flavonoid pathway in C. indicum, with a focus on methylation and glucosylation steps, elucidated in this paper.（FNSII, flavone synthase II; F3H, flavanone 3-hydroxylase; FLS, flavonol synthase; F4'OMT, flavonoid 4'-O-methyltransferase; F7GlcT, flavonoid 7-O-glucosyltransferase; and 1,6RhaT, 1,6-rhamnosyltransferase.）
原文信息：Deng, Y., Yang, P., Zhang, Q., Wu, Q., Feng, L., Shi, W., Peng, Q., Ding, L., Tan, X., Zhan, R., & Ma, D. (2024). Genomic insights into the evolution of flavonoid biosynthesis and O-methyltransferase and glucosyltransferase in Chrysanthemum indicum. Cell Reports, 43(2), 113725. doi: 10.1016/j.celrep.2024.113725.
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