Anàlisi de la via biosintètica de l'acteòsid

1.1 Via del metabolisme dels acteòsids de la fenilalanina

Actualment, els mòduls metabòlics potencials biosintètics generals deActeòsidhan arribat a un consens, incloent principalment la via metabòlica de la fenilalanina, la via de la dopamina / la via de la tiramina i les vies transversals de transferència d'acil i modificació de glicosil aigües avall.

Els estudis han demostrat que els intermedis en la síntesi d'Acteòsid inclouen l'àcid cafeic, el cafeoil-CoA, l'hidroxitirosol i el glucòsid d'hidroxitirosol [16-18]. Els experiments d'hidròlisi in vitro van demostrar que l'Acteòsid es va hidrolitzar en àcid cafeic, de-ramnosil-Acteòsid (mutongfenòsid A) i decafeoil-Acteòsid sota l'acció de la glicòsid hidrolasa [19-20]. Els estudis sobre els efectes de la temperatura, la llum, el pH i altres factors sobre l'estabilitat de l'Acteòsid mostren que l'Acteòsid es pot degradar en àcid cafeic i decafeoil-verbasina en solució [21]. Els experiments d'alimentació amb animals van demostrar que els productes hidrolitzats de l'Acteòsid a l'orina de rata eren hidroxitirosol i àcid cafeic [22]. En la via metabòlica de la fenilalanina, la fenilalanina es converteix primer en àcid cinàmic sota l'acció de la fenilalanina amoníaca liasa (PAL) i l'àcid cinàmic es converteix en fenilalanina sota l'acció de l'àcid cinàmic -4-hidroxilasa (C4H). L'anell C4 es genera en àcid p-cumàric, que després és catalitzat per l'àcid cumàric 3-hidroxilasa (C3H) per generar àcid cafeic [3]. A més, la tirosina amoníaco liasa (TAL) derivada de Saccharomyces radiata pot convertir la tirosina en àcid p-cumàric, i l'àcid p-cumàric pot ser catalitzat per C3H per generar àcid cafeic, que proporciona la font per a la síntesi heteròloga d'àcid cafeic. una nova idea [23].

Per saber més sobre la funció acteòsid de Cistanche

1.2 Via de la dopamina/via del metabolisme de la tiramina

Els intermediaris tirosol i hidroxitirosol de la via de la dopamina/via de la tiramina són un altre precursor clau per a la biosíntesi de l'Acteòsid, i poden generar salidrosid o glucòsid hidroxitirosol, la substància precursora de l'Acteòsid, a través de diferents vies. Aquesta via és una via de ramificació important en la biosíntesi de l'acteòsid (Fig. 2b). La tirosina genera L-dopa sota l'acció de la polifenol oxidasa (PPO)/tirosina hidroxilasa (TH) i la dopa descarboxilasa (DODC)/tirosina descarboxilasa (TyDC) catalitza la L-dopa. -La dopa produeix dopamina, que després és processada per amina primària (que conté coure) oxidasa (CuAO) i alcohol deshidrogenasa (ALDH) per generar hidroxitirosol [16-18, 24-25). En una altra branca, la dopamina és catalitzada per l'amina primària (coure) oxidasa (CuAO)/monoaminooxidasa (MAO) per generar 3,4-DHPAA. Vavricka et al.[26] va utilitzar hidroxifenilacetaldehid sintasa (DHPAAS) derivada de Bombyx mori amb dues funcions d'aldehid sintasa i descarboxilasa per catalitzar la L-dopa a 3,4-DHPAA, i després l'ALDH va catalitzar 3,4-DHPAA. produir hidroxitirosol [24]. La via de la tiramina pot proporcionar precursors de tirosol o hidroxitirosol per a la via de biosíntesi dels acteòsids. La tirosina és catalitzada per TyDC per formar tiramina, que s'oxida a 4-hidroxifenilacetaldehid (4-HPAA) per CuAO/tiramina oxidasa (TYO) i 4-HPAA es pot convertir en {{19 }}hidroxifenilacetaldehid reductasa per 4-hidroxifenilacetaldehid reductasa. (4HPAR)/ALDH es redueix a tirosol, i després el tirosol és catalitzat per la tirosolhidroxilasa (TLH) per generar hidroxitirosol [16-17,24,27-28]. A causa de l'heterogeneïtat de TyDC, TYO i ALDH, els investigadors van proposar la hipòtesi d'altres vies de síntesi de tiramina, és a dir, la tirosina genera tiramina sota la descarboxilació de TyDC, i després la tiramina genera dopamina sota l'acció de TH, i la dopamina es descarboxila. per TH. El TYO s'oxida a 3,4-DHPAA, que després es redueix a hidroxitirosol per ALDH, però el TH en aquesta via putativa no s'ha verificat [28]. Alguns estudiosos han plantejat la hipòtesi que la polifenol oxidasa (PPO) pot catalitzar la generació de dopamina a partir de tiramina i la generació d'hidroxitirosol a partir de salidroside per hidroxilació, però la seva funció no s'ha verificat [16-18]. L'àcid rosmarínic és un compost polifenòlic natural, i els estudis han demostrat que la tirosina transaminasa (TAT) és el primer enzim de la via derivada de la tirosina en la síntesi de l'àcid rosmarínic, que catalitza la transaminació de la tirosina. 4-Es genera hidroxipiruvat (4-HPPDC) i després 4-HPAA es genera sota l'acció de la 4-hidroxifenilpiruvat descarboxilasa (HPPADC) [29-30]. Torrens-Spence et al. [31] va descobrir per primera vegada una hidroxifenilacetaldehid sintasa (4HPAAS) depenent del fosfat de piridoxal, que pot catalitzar directament la conversió de la tirosina a 4-HPAA. Gen que codifica una glicosiltransferasa que catalitza la producció de salidroside a partir del tirosol. A més, la tirosina pot ser catalitzada per TYR per produir hidroxitirosol [25]. Els enzims d'aquestes vies d'encreuament enzimàtic enriqueixen la diversitat de les vies biosintètiques de l'Acteòsid. 1.3 La via creuada de la transferència d'acils i la modificació del glicosil de l'acteòsid

A partir dels anàlegs estructurals de l'Acteòsid, es pot veure que el seu centre és tota la glucosa, que està esterificada amb cafeoil, i la posició C3 està modificada per ramnosil (Fig. 1a), però la seva acilació i ramnosilació no s'ha investigat sobre mecanismes catalítics moleculars. reportat. A partir de la inferència inversa de la hidròlisi, els experiments metabòlics i l'estructura química de l'Acteòsid, hi ha dues possibilitats potencials per a la síntesi d'Acteòsid[19-22]. En primer lloc, el cafeoil-CoA i el glucòsid hidroxitirosol estan sotmesos a l'acció de l'aciltransferasa (quinina hidroxicinamil transferasa, HCT) per generar deltoxòsid A, que es converteix en ramnosiltransferasa (UDP-ramnosiltransferasa). ramnosa glucosiltransferasa, URT) va catalitzar la producció addicional de verbosa. Una altra via potencial és que l'hidroxitirosol produeix hidroxitirosol glucòsid sota l'acció de la glucosiltransferasa i el hidroxitiroil glucòsid produeix decafeil verbasina sota la catàlisi de la URT. Es condensa amb cafeoil-CoA per formar acteòsid (Fig. 2c).

2 Estratègia de regulació eficient de la síntesi d'acteòsids

2.1 Extracció de transcriptoma relacionada amb la síntesi d'acteòsids

El transcriptoma es refereix a la suma d'ARNm transcrits per organismes sota una condició fisiològica específica o cicle de creixement i és una eina important per estudiar l'estructura del gen, la funció i el cicle de creixement. És un mitjà important d'expressió gènica i el principal mètode d'investigació del fenotip d'associació. L'aplicació de la tecnologia del transcriptoma proporciona una eina eficaç per extreure gens enzimàtics relacionats amb la mineria en la biosíntesi de components actius de plantes medicinals. Encara hi ha molts enzims clau en la via de síntesi de l'Acteòside sense resoldre, de manera que l'abundància d'ARNm a les cèl·lules en condicions fisiològiques específiques es pot utilitzar per descriure els nivells d'expressió gènica i inferir l'abundància de productes proteics finals. Mitjançant l'anàlisi de dades rellevants del transcriptoma, es van obtenir dades relacionades amb la síntesi de glicòsids feniletanoides (Taula 1), que poden aportar idees per a la biosíntesi d'Acteòside.

Cistanche Tubulosaés una important planta medicinalExtracció de glicòsids feniletanoides, i l'estudi de les seves dades del genoma i del transcriptoma proporciona un recurs valuós per a l'estudi de la via biosintètica deActeòsid. Seqüenciació profunda del transcriptoma de les tiges suculentes deCistanche Tubulosaes va realitzar mitjançant el mètode d'anàlisi RNA-seq perCistanche Tubulosa, i les dades del seu transcriptoma es van obtenir per primera vegada. Mitjançant la comparació de seqüències i l'anàlisi filogenètica, es van identificar els enzims clau que uneixen el metabolisme primari i el secundari. S'ha especulat per primera vegada el gen PAL, que també és el primer enzim clau en la biosíntesi de feniletanoides, i 17 gens enzimàtics implicats en la biosíntesi de feniletanoides en els rizomes [32]. Els resultats d'explorar les diferències de qualitat deCistanche Tubulosaen diferents tipus de deserts per metabolòmica i transcriptòmica van demostrar que el contingut de feniletanoide en sòls salins-àlcalis pot ser més elevat a causa de la regulació a l'alça de les expressions de PAL, ALDH, aspartat aminotransferasa (GOT), etc. [33]. L'anàlisi de la via sintètica del fenetil glucòsid proporciona la base. La planta Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa és rica en glucòsids de feniletanol. Mitjançant la seqüenciació del transcriptoma de novo de l'arrel tuberosa de Rehmannia glutinosa, i comparant la via KEGG i la via experimental, es proposen 19 candidats que poden estar relacionats amb la biosíntesi d'Acteòside. gen, que proporciona una direcció per a l'anàlisi de la via de síntesi de l'acteòsid. Aleshores, les dades es van verificar centralment mitjançant RT-PCR i es va trobar que el transcriptoma de Rehmannia glutinosa codifica la prefenat deshidratasa (ADT), l'aspartat aminotransferasa (ASP5), GOT2, 4CL, aminooxidasa primària (AOC3), C4H, HCT. i gens C3H [34]. Curiosament, el contingut d'Acteòsid a les fulles de Rehmannia glutinosa és superior al de les arrels, cosa que pot ser degut als diferents nivells d'expressió dels enzims en diferents parts a causa de l'expressió diferencial dels gens en etapes específiques de desenvolupament.

Posteriorment, es van conrear quatre varietats diferents de Rehmannia glutinosa amb ratlles radials i no radials a les arrels dels tubercles, i es van analitzar les dades del seu transcriptoma per obtenir 223 gens relacionats amb la síntesi d'Acteòside. PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT i altres gens es van analitzar mitjançant dades de transcriptoma [16]. Es van extreure 231 gens implicats en la biosíntesi d'Acteòside en la seqüenciació del transcriptoma de Centantheragrandiflora Benth. 10 gens inclosos PPO i HCT. Entre ells, CuAO va ser el més expressat, seguit de 4CL, ALDH i UGT, i el menys va ser HCT. Els gens implicats en les vies de la fenilalanina i la tirosina eren més abundants a les fulles i tiges que a les arrels, especialment els gens PAL i PPO. I en comparació amb les arrels, els quatre gens PAL, C4H, C3H i 4CL de fulles i tiges estaven tots regulats, cosa que indica que la via derivada de la fenilalanina està molt expressada a les parts aèries [18]. Tanmateix, els estudis anteriors van predir que HCT i UGT van catalitzar la via enzimàtica aigües avall de cafeoil-CoA i glucòsid hidroxitirosol a Acteoside mitjançant estudis de transcriptoma, però no s'han verificat les funcions dels gens relacionats [16, 18]. Els inductors es refereixen a factors que poden induir les plantes a produir resistència o autodefensa i defensa, i poden induir de manera ràpida, específica i selectiva l'expressió d'una varietat de gens específics a les plantes, activant així metabòlits secundaris específics [35]. Per tal de seleccionar el millor elicitor que augmenta significativament l'acumulació d'acteòsid a les arrels piluses de Rehmannia glutinosa, es va utilitzar el sistema de transformació genètica de Rehmannia glutinosa mediat per Agrobacterium rhizogenes per comparar elicitors amb diferents concentracions. No només pot afavorir significativament el creixement de les arrels pèludes, sinó que també pot augmentar significativament el contingut d'acteòsid. Posteriorment, s'ha utilitzat la tecnologia RNA-Seq per analitzar el transcriptoma de les arrels peludes de Rehmannia glutinosa induïda en diferents moments, per trobar gens expressats de manera diferent en diferents condicions i, finalment, per determinar PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO. , ALDH, HCT, UGT. Els isogènics poden estar implicats en la biosíntesi d'acteòsids. Entre ells, C3H i ALDH són els gens homòlegs més abundants i menys abundants, respectivament [17]. A més, Fatemi et al. [29] van avaluar l'efecte de diferents concentracions d'elicitadors com el jasmonat de metil (MeJA) i els nanotubs de carboni de parets múltiples (MWCNTs) sobre l'acumulació d'àcid rosmarínic i els nivells d'expressió dels gens relacionats amb la seva via biosintètica. Els gens de PAL, TAT, 4HPPR i àcid rosmarínic sintasa (RAS) es van identificar com a gens clau, entre els quals el TAT té transaminació, que proporciona una nova idea per a l'anàlisi de la via de síntesi de l'Acteòside. L'oliva (Oleaeuropaea) és una font rica de polifenols bioactius, que poden produir hidroxitirosol, un important precursor de l'Acteòsid. Es van identificar gens relacionats amb la biosíntesi de polifenols en fruites i fulles de l'olivera mitjançant la seqüenciació de transcriptoma de longitud completa. En l'experiment es van quantificar dotze compostos de polifenols i es van identificar 106 transcripcions de 6 famílies de gens i síntesi d'hidroxitirosol Els gens relacionats amb la síntesi d'hidroxitirosol inclouen PPO, DODC, CuAO, ALDH i PAR [24]. Els resultats de l'estudi del transcriptoma de la fenetilamina anterior proporcionen una base per a l'anàlisi de la via de síntesi d'Acteòside i l'extracció de gens reguladors i enzims clau.