Manipulation of flavour and aroma compound sequestration and release using a glycosyltransferase with specificity for terpene alcohols
- 作者
- Yar-Khing Yauk, Claire Ged, Mindy Y. Wang, Adam J. Match, Lydie Tessarotto, Janine M. Cooney, Christian Chervin, Ross G. Atkinson
- 单位
- The New Zealand Institute for Plant & Food Research Limited (PFR), Private Bag 92169, Auckland 1142, New Zealand; INP-ENSA Toulouse, Génomique et Biotechnologie des Fruits, Université de Toulouse, Avenue de l'Agrobiopole BP 32607, Castanet-Tolosan F-31326, France; PFR, Private Bag 11600, Palmerston North 4442, New Zealand; INRA, Génomique et Biotechnologie des Fruits, 24 Chemin de Borde Rouge, Auzeville, CS 52627 F-31326, France; PFR, Private Bag 3123, Hamilton 3240, New Zealand
- 杂志
- The Plant Journal（2015）
- DOI
- 10.1111/tpj.12634
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何通过糖基转移酶调控植物花香和果实风味物质的螯合与释放，从而改良花果香气和风味。
研究策略
从猕猴桃中鉴定并克隆糖基转移酶基因AdGT4，通过原核表达和体外酶活分析表征其底物特异性；利用烟草叶片瞬时过表达、猕猴桃果实瞬时RNAi、转基因矮牵牛和番茄稳定过表达等体系，结合GC-MS分析和感官评价，验证AdGT4在体内对挥发性醇类的糖苷化螯合与释放的影响。
核心内容
该研究从猕猴桃中鉴定并克隆了一个新的糖基转移酶基因AdGT4（UGT85A38），通过原核表达和体外酶活分析确认其对萜烯醇类物质具有特异性，其中对香叶醇的活性最高，对其Km为76.2 μM。研究进一步利用烟草瞬时表达、猕猴桃果实瞬时RNAi、转基因矮牵牛和番茄稳定过表达等多体系验证了该酶在体内催化挥发性醇类糖苷化的功能。烟草瞬时表达AdGT4使辛-3-醇糖苷增加40倍，猕猴桃果实RNAi则显著降低香叶醇等糖苷含量。转基因番茄红熟果实中总挥发性醇糖苷增加5-8倍，同时总游离挥发性醇类减少2-9倍，感官分析显示过表达株系被感知为更浓的“土腥味”且香气强度显著降低。该研究首次揭示了猕猴桃中萜烯醇特异糖基转移酶的功能，证明通过调控AdGT4表达可有效改变挥发性物质的螯合与释放平衡，为利用代谢工程改良花果香气和风味提供了有效的候选基因与策略。
创新点
首次鉴定并表征了猕猴桃中特异作用于萜烯醇的糖基转移酶AdGT4（UGT85A38）；证明该酶能够糖苷化包括C6醇和萜烯醇在内的多种风味相关醇类；通过转基因番茄证实改变AdGT4表达可显著改变挥发性物质的螯合与释放平衡，并影响感官感知的风味强度与特征。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 大肠杆菌BL21-CodonPlus-RIL | 体外糖基化反应 | AdGT4 | AdGT4 (UGT85A38) | 催化 | 重组表达并纯化，测定底物特异性与动力学参数 |
| 烟草叶片（瞬时表达） | 挥发性醇糖基化 | AdGT4 | AdGT4 | 催化 | 瞬时过表达AdGT4，可糖苷化外源辛-3-醇（40倍）和香叶醇（2.5倍） |
| 猕猴桃（Actinidia eriantha）果实 | 萜烯醇糖基化 | AdGT4 (RNAi) | — | 调控 | 瞬时RNAi沉默AdGT4，显著降低香叶醇、α-松油醇和香芹醇糖苷 |
| 矮牵牛（Petunia hybrida） | 挥发性醇糖基化 | AdGT4 | AdGT4 | 催化 | 稳定过表达AdGT4，花中总挥发性醇糖苷增加6-8倍 |
| 番茄（Solanum lycopersicum 'MicroTom'） | 挥发性醇糖基化与释放 | AdGT4 | AdGT4 | 催化 | 稳定过表达AdGT4，红熟果实中挥发性醇糖苷增加5-8倍，游离醇类减少2-9倍，感官香气改变 |
关键发现
- 重组AdGT4对香叶醇活性最高（设为100%），对橙花醇47.6%、辛-3-醇28.2%、己醇25.9%、α-松油醇22.9%、(Z)-己-3-烯醇11.9%；对香叶醇的Km为76.2 μM，kcat为11.05 sec-1，kcat/Km为14500 sec-1·M-1；对UDP-葡萄糖的Km为44.7 μM。烟草瞬时表达AdGT4使辛-3-醇糖苷增加40倍、香叶醇糖苷增加2.5倍；猕猴桃果实瞬时RNAi使香叶醇、α-松油醇和香芹醇糖苷显著降低。转基因矮牵牛花中总挥发性醇糖苷增加6-8倍；转基因番茄红熟果实中总挥发性醇糖苷增加5-8倍，3-甲基丁醇糖苷增加10-30倍，且总游离挥发性醇类减少2-9倍；T529/T530株系在果实发育中3-甲基丁醇糖苷增加80-140倍。感官分析中，T530果实与对照的三角检验27/47正确（P<0.001），T530被感知为更“土腥味”（9.0±0.7 vs
- 6±0.2）且香气强度更低（0.8±0.5 vs
- 2±0.8）。
研究结论
AdGT4是一种对萜烯醇和C6醇等挥发性风味前体具有特异性的糖基转移酶，在体外和体内均可催化这些醇类的糖苷化，从而影响挥发性物质的螯合与释放。调控AdGT4表达可显著改变植物（如番茄、矮牵牛）的风味物质平衡，并产生可感知的香气差异，为通过转基因或育种手段改良花果香气和风味提供了候选基因与策略。