陈晓亚院士研究组让解毒酶华丽转身
来源/作者:中国科学报  日期:2020-01-17

中科院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士研究组在最新研究中发现糖代谢解毒酶能够催化植物天然产物的芳香化。1月14日,该研究成果论文在线发表于《自然—化学生物学》。

解毒酶功能强大,是生物体必不可少的清道夫。糖代谢副产物甲基乙二醛具有较强的细胞毒性,乙二醛酶I(GLXI)在谷胱甘肽(GSH)的辅助下催化甲基乙二醛变构水解。该与抑郁症、糖尿病及其他老龄化疾病密切相关。

陈晓亚研究组发现,除了已知的解毒功能,不同物种的乙二醛酶I还能催化具有邻羟基酮结构的环状化合物形成苯环。棉花中一种特化的乙二醛酶I丢失了甲基乙二醛的转化活性,却可以高效催化棉酚生物合成中间体的芳香化,研究人员将其命名为SPG。从解毒酶变身为一类新的芳香化酶,代表了植物次生代谢途径进化的一个新特征。

禾谷镰孢菌产生的呕吐毒素(DON)及其酰基化衍生物3A-DON和15A-DON是危害最大的真菌毒素之一,污染小麦、玉米及其他谷物,严重影响食品安全和人畜健康,被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)确定为最危险的天然食品污染物之一。长期以来,科学家一直在寻找呕吐毒素解毒酶。呕吐毒素也具有邻羟基酮功能团,棉花SPG能够作用于3A-DON,显著降低毒性,为呕吐毒素的生物降解开辟了新途径。

植物合成大量次生代谢产物,它们结构多样,大多具有生物活性,有些成分还具有重要的药用价值。棉花是重要的经济作物,棉纤维是纺织工业的主要原料,棉籽含有丰富的蛋白质和脂肪,是重要的食物油和饲料来源。棉花合成并积累棉酚等具有细胞毒性的倍半萜成分,存在于棉籽及其他组织中,虽然为抵御病虫害所必须,但限制了棉籽的安全利用。陈晓亚研究组长期研究棉酚生物合成途径。该研究发现SPG可以高效催化棉酚生物合成中间体形成苯环,在芳香剂设计与生物合成方面具有应用前景。

陈晓亚表示,解毒酶是一个丰富的、有待发掘的催化宝库,可为合成生物学、环境修复和食品安全保障提供重要元件。

中科院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚研究员为该论文的通讯作者,陈晓亚组博士后黄金泉与中科院昆明植物研究所方欣副研究员为本论文共同第一作者。本研究得到国家自然科学基金、中科院、科技部和农业部项目的资助。

【关键词】脂肪 小麦 芳香 解毒酶 乙二醛 酶