ナス科植物におけるディオスゲニン生産のためのステロイド代謝経路の再配線

科学分野:

• 植物生化学
• 代謝工学
• 天然物合成

背景:

• ディオスゲニンは、コルチコステロイドや性ホルモンなどのステロイド薬の合成に不可欠な前駆体である。
• 現在の商業生産はヤム属の塊茎に依存しており、生産強化のためには代替源が必要である。
• ナス科植物はステロイド化合物を蓄積しており、ディオスゲニン生産プラットフォームとしての可能性を示唆している。

研究 の 目的:

• ナス科植物をディオスゲニン生産のための新規宿主として調査する。
• ナス科植物におけるステロイドアルカロイド（SGA）およびステロイドサポニン（STS）生合成に関与する代謝経路を解明する。
• ディオスゲニン収量の増加のためにナス科植物をエンジニアリングする。

主な方法:

• CYP450（SnGAME4）および3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ/イソメラーゼ（SnGAME25）酵素に焦点を当てた、ナス科植物におけるSGAおよびSTS生合成経路の特性評価。
• 代謝フラックスを変化させるためのSnGAME4およびSnGAME25の遺伝的破壊。
• 内因性グルコシダーゼの同定と、フロスタノールからステロイド骨格への変換のための自発的発酵の適用。
• 果実数の増加のためのナス科植物のエンジニアリングと、SnGAME4変異との組み合わせ。

主要な成果:

• ナス科植物は、緑色の果実にはステロイドアルカロイド（ステロイド骨格）を、葉にはステロイドサポニン（フロスタノール型）を自然に蓄積する。
• SnGAME4およびSnGAME25の破壊は、代謝をフロスタノール型配糖体にシフトさせ、加水分解後に低レベルのディオスゲニンを生成した。
• 発酵および酵素活性によるフロスタノールのステロイド骨格への変換は、ディオスゲニン収量を増加させた。
• ナス科植物の緑色果実では、乾燥重量の最大1%のディオスゲニンを達成した。
• 果実数の増加とSnGAME4変異を導入したエンジニアリングナス科植物は、ディオスゲニン生産の可能性を高めた。

結論:

• ナス科植物は、ディオスゲニン生産のための有望でスケーラブルな代替宿主である。
• 代謝工学および発酵戦略は、ナス科植物からのディオスゲニン収量を最適化できる。
• 本研究は、ステロイド前駆体の工業的合成におけるナス科植物の利用のための基盤を確立する。