通过基因组挖掘来探索未知的代谢途径的有效策略.

科学领域:

• 植物生物化学和代谢学
• 基因组学和生物信息学
• 合成生物学和代谢工程合成生物学和代谢工程

背景情况:

• 植物拥有广泛的,但在很大程度上没有特征的,专门的代谢途径,利用其蛋白质组的很大一部分.
• 三类是植物特种代谢物的一类,具有多样化的生物活动,但它们的生物合成途径尚未完全阐明.
• 了解这些途径对于发现新型化合物和设计代谢能力至关重要.

研究的目的:

• 开发和演示一种基因组挖掘策略,用于探索未知的植物特种代谢途径.
• 为了功能性地表征三种参与Arabidopsis thaliana中三类生物合成的P450酶.
• 建立一个异质表达系统,用于植物代谢物的体内生产和分析.

主要方法:

• 基因挖掘使用基因聚类和联合表达分析来识别候选细胞染色体P450s.
• 酵母中植物循环酶和候选P450s的异质表达,用于体内代谢物生产.
• 先进的分析技术包括高灵敏度定量成像 (HSQC) 和气色谱-质谱 (GC-MS) 用于代谢物识别和结构阐明.
• 核磁共振 (NMR) 光谱用于最终的结构确定.

主要成果:

• 异质酵母系统产生了每升毫克的植物代谢物量,与复杂的植物提取物相比,简化了分析.
• 在复杂的酵母代谢物混合物中,HSQC分析证明有效地解决了新型P450产品.
• 该研究成功地特征了三种Arabidopsis thaliana的P450细胞染色体,阐明了它们在特定三聚胺 (thalianol,arabidiol,marneral) 的氧化中的作用.

结论:

• 开发的基因组挖掘策略是探索植物中未表征的代谢途径的强大工具.
• 酵母中的异质表达提供了一个可行的平台,用于发现和表征新型植物特种代谢物.
• 现在,人们已经更好地了解了Arabidopsis thaliana中主要的三类合成酶产物的代谢命运,这为进一步的研究铺平了道路.