一種重建植物代謝進(jìn)化的科學(xué)方法

植物已經(jīng)進(jìn)化到生產(chǎn)各種不同物種的化合物。這些化合物對(duì)植物的生存策略起著關(guān)鍵作用?？喽居卸镜幕衔锟杀Ｗo(hù)植物免受昆蟲(chóng)和動(dòng)物的侵害。同時(shí)，具有良好氣味或多彩色素的化合物吸引攜帶花粉的昆蟲(chóng)。

在由植物產(chǎn)生的化合物中，一些物質(zhì)由于其對(duì)人體的生理作用而具有藥用用途。研究人員報(bào)道，苦參堿可用作中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制劑，類似于嗎啡，而huperizine A也可用作治療阿爾茨海默病的補(bǔ)充劑。這些化合物被稱為生物堿，也是某些植物種類中氨基酸賴氨酸產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。

現(xiàn)在，賴氨酸衍生的生物堿系統(tǒng)是如何在植物中進(jìn)化出來(lái)的?2016年，千葉大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)賴氨酸衍生生物堿的植物具有對(duì)鳥(niǎo)氨酸和賴氨酸(賴氨酸/鳥(niǎo)氨酸脫羧酶)具有雙功能脫羧活性的特殊酶。這些酶是通過(guò)古老的酶(鳥(niǎo)氨酸脫羧酶)的微突變進(jìn)化而來(lái)的，這對(duì)于生產(chǎn)用于基礎(chǔ)和生物活動(dòng)的多胺是必不可少的，例如細(xì)胞分裂。，在各種生物中。這些酶可以脫羧并活化氨基酸賴氨酸，然后將其送入植物細(xì)胞中的生物堿生產(chǎn)中。微突變對(duì)于產(chǎn)生生物堿的代謝是至關(guān)重要的，并且對(duì)于使用賴氨酸作為生物堿生產(chǎn)材料的植物是常見(jiàn)的。

自2016年這一發(fā)現(xiàn)以來(lái)，研究小組一直期待微突變酶是植物進(jìn)化生產(chǎn)某種生物堿的關(guān)鍵因素，因?yàn)檫@種突變只能在產(chǎn)生賴氨酸衍生生物堿的植物物種中看到。 。

最后，研究小組在千葉大學(xué)，理化學(xué)研究所和上總DNA研究所發(fā)表的論文證實(shí)植物學(xué)雜志認(rèn)為是通過(guò)將賴氨酸/鳥(niǎo)氨酸脫羧從基因酶生成的生物堿在2019 7月31日，羽扇豆生產(chǎn)賴氨酸衍生生物堿進(jìn)入擬南芥(擬南芥)。該團(tuán)隊(duì)還確定了擬南芥中新生成的代謝物類型，擬南芥是一種模型植物，最初沒(méi)有產(chǎn)生任何生物堿的功能。

值得注意的是，研究小組重建了植物生長(zhǎng)生物堿的植物代謝進(jìn)化。通過(guò)插入酶的基因來(lái)轉(zhuǎn)化代謝流，轉(zhuǎn)化擬南芥生產(chǎn)生物堿。在擬南芥中引入的基因的表達(dá)導(dǎo)致由賴氨酸產(chǎn)生尸胺(1,5-二氨基戊烷)，其被內(nèi)源酶進(jìn)一步代謝。這些過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)生新的生物堿相關(guān)代謝物; 擬南芥的 5-氨基戊醛，5-氨基戊酸和δ-戊內(nèi)酰胺。

研究小組通過(guò)檢測(cè)引入基因之前和之后代謝物的變化成功地鑒定了新產(chǎn)生的物質(zhì)是一個(gè)值得注意的方法學(xué)發(fā)展，鑒于植物通常含有數(shù)千種代謝物，這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

“通過(guò)操縱植物中的一種基因，我們能夠改變代謝流，并確定細(xì)胞中產(chǎn)生的生物堿類型，這是下一次發(fā)現(xiàn)的重要一步，”千葉縣副教授Mami Yamazaki說(shuō)。大學(xué)，誰(shuí)領(lǐng)導(dǎo)了實(shí)驗(yàn)。“我們的研究開(kāi)辟了一種可能的方法，通過(guò)對(duì)具有不同代謝能力的植物進(jìn)行類似的基因工程來(lái)生產(chǎn)新的化合物，這些化合物在自然界中尚不存在。化學(xué)多樣性的這種擴(kuò)展是發(fā)展的必要條件。制藥業(yè)的種子。“

研究小組希望用新開(kāi)發(fā)的方法闡明植物的代謝機(jī)制，將在未來(lái)幾年內(nèi)穩(wěn)定供應(yīng)醫(yī)療成分。