アピイン生合成の収束進化と de novo 再構築

科学分野:

• 植物生化学
• 分子進化
• 代謝工学

背景:

• アピインはフラボノイドのアピオシドであり、多様な植物種に見られ、収束生合成を示唆しています。
• この収束アピイン生合成の分子基盤は、ほとんど未知のままです。
• この収束を理解することで、新規の生合成経路と酵素が明らかになる可能性があります。

研究 の 目的:

• チリペッパー（Capsicum annuum L.）におけるアピイン生合成の分子メカニズムを解明すること。
• アピイン合成の鍵となる酵素を同定し、特徴づけること。
• アピインのde novo生産のための微生物システムを構築すること。

主な方法:

• アピゲニン7-O-グルコシド生合成のための相同性ベースの遺伝子同定。
• アピオシルトランスフェラーゼ（ApiGT）を同定するための比較トランスクリプトミクスおよびin vitro酵素アッセイ。
• 大腸菌での酵素特性評価、タンパク質発現、およびサッカロミセス・セレビシエの代謝工学。

主要な成果:

• チリペッパーにおいて新規のアピイン生合成アピオシルトランスフェラーゼであるCaApiGT1（UGT79）を同定しました。
• CaApiGT1は厳密なUDP-アピオース特異性を示しますが、複数のフラボノイド配糖体受容体を受け入れます。
• CaApiGT1および他の既知のApiGTは異なるグリコシルトランスフェラーゼファミリーに属しており、収束進化を示唆しています。
• それぞれアピインおよびその前駆体アピゲニン合成のために、遺伝子組み換え大腸菌および酵母菌株を開発しました。
• 遺伝子組み換え株の共培養により、アピイン生合成経路が再構築されました。

結論:

• アピインの収束生合成は、異なる経路ではなく、ApiGTの収束進化によって駆動されます。
• CaApiGT1は、ユニークな基質受容特性を持つ新規ApiGTを表します。
• この研究は、微生物システムにおけるアピイン生合成のde novo再構築の成功を示しており、バイオテクノロジー応用のためのプラットフォームを提供します。