En route to erucleaxin: a unique rearrangement in the crucifer phytobeixin biosynthetic pathway
- 作者
- M. Soledade C. Pedras, Denis P. O. Okinyo
- 单位
- University of Saskatchewan
- 杂志
- Chemical Communications（2006）
- DOI
- 10.1039/b602189a
- 所属领域
- 天然产物生物合成
- 关键词
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解决的核心问题
阐明十字花科植物中独特吲哚氧基化合物erucalexin及其异构体1-methoxyspirobrassinin的生物合成前体和关键重排机制。
研究策略
采用全氘代标记的1-methoxybrassinin和sinalbin B作为前体，在双重诱导的狗芥菜叶片中进行饲喂实验，通过HPLC和HRMS分析氘掺入率，推导生物合成途径。
核心内容
本研究以双重诱导的狗芥菜叶片为体系，通过全氘代标记前体饲喂实验结合HPLC和HRMS分析，阐明了十字花科植物中独特吲哚氧基化合物erucalexin及其异构体1-methoxyspirobrassinin的生物合成途径。研究发现，双重诱导可显著提高抗毒素产量，48小时时erucalexin产量达13.2–16.6 μmol/100 g鲜组织，1-methoxyspirobrassinin为3.1–3.8 μmol/100 g。氘标记实验表明，[4,5,6,7,SCD3-D7]-1-methoxybrassinin掺入erucalexin的效率为4%、掺入1-methoxyspirobrassinin为65%，而[4,5,6,7-D4]-sinalbin B的相应掺入率分别为5%和19%，证明两者是共同前体。基于标记结果，研究首次提出C-3向C-2的频哪醇型重排机制：1-methoxybrassinin先氧化为sinalbin B，再经环氧化物中间体，通过该重排分别生成erucalexin和1-methoxyspirobrassinin。这一前所未有的重排机制拓展了对十字花科植物抗毒素生物合成多样性的认识，为将相关途径工程化导入白芥以增强其抗病性提供了理论基础。
创新点
首次证明1-methoxybrassinin和sinalbin B是erucalexin和1-methoxyspirobrassinin的共同前体；提出C-3向C-2的频哪醇型重排，这在十字花科植物抗毒素生物合成中是前所未有的。
关键发现
- 双重诱导可显著提高叶片中抗毒素产量，48 h时erucalexin产量为13.2–16.6 μmol/100 g鲜组织，1-methoxyspirobrassinin为3.1–3.8 μmol/100 g。氘标记实验表明，[4,5,6,7,SCD3-D7]-1-methoxybrassinin (2a) 掺入erucalexin (5) 4%、1-methoxyspirobrassinin (6) 65%
- [SCD3]-1-methoxybrassinin (2b) 掺入5为6%、6为55%
- [4,5,6,7-D4]-sinalbin B (12a) 掺入5为5%、6为19%
- [SCD3]-sinalbin B (12b) 掺入5为2%、6为10%。此外，sinalbin B也掺入1-methoxyspirobrassinin，说明2和12都是6的前体。
研究结论
基于氘标记结果，erucalexin和1-methoxyspirobrassinin均由1-methoxybrassinin氧化为sinalbin B，再氧化为环氧化物，经频哪醇型重排分别形成5和6；该途径可工程化到Sinapis alba中以增强抗病性。