高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Characterization of a vacuolar importer of secologanin in Catharanthus roseus

作者
Fanfan Li, Mohammadamin Shahsavarani, Cody-Jordan Handy-Hart, Audrey Cote, Xavier Brasseur-Trottier, Victoria Montgomery, Robin N. Beech, Lan Liu, Stéphane Bayen, Yang Qu, Vincenzo De Luca, Mehran Dastmalchi
杂志
Communications Biology（2024）
DOI
10.1038/s42003-024-06624-5
所属领域
代谢工程
关键词
Catharanthus roseusMATE transportermonoterpenoid indole alkaloidsecologaninvacuolar import
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

长春花单萜吲哚生物碱(MIA)生物合成中，secologanin从细胞质转运至液泡的分子机制尚不清楚，需要鉴定和表征负责该步骤的转运蛋白。

研究策略

综合系统发育分析、病毒诱导基因沉默(VIGS)、共聚焦显微镜亚细胞定位以及非洲爪蟾卵母细胞异源表达系统，对CrMATE1进行底物特异性、转运方向性和动力学表征。

研究路线图

100%
问题：MIA途径中secologanin液泡转运机制不明
策略：多技术综合筛选与表征候选转运蛋白CrMATE1
系统发育分析与VIGS沉默（LD、PW品种）
亚细胞定位：CrMATE1定位于液泡膜
爪蟾卵母细胞异源表达生化表征
结果：沉默CrMATE1改变MIA代谢物水平
关键数据：secologanol积累增16-38倍，strictosidine前体受限
结论：CrMATE1为secologanin液泡输入转运蛋白，调控MIA通量
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

该研究鉴定了长春花中负责将裂环马钱素（secologanin）转运至液泡的转运蛋白CrMATE1。通过病毒诱导基因沉默实验，在Little Delicata和Pacifica White两个品种中沉默CrMATE1后，其转录水平分别降低73%和80%，裂环马钱素含量在LD品种中下降50%，而其还原形式secologanol积累增加16至38倍；同时，LD中catharanthine降低22%，PW中vindoline和catharanthine分别降低41%和45%。亚细胞定位证实CrMATE1定位于液泡膜。非洲爪蟾卵母细胞异源表达实验表明，CrMATE1是裂环马钱素特异的液泡输入转运蛋白，可在5分钟内完成95%的底物转运，而对照卵母细胞仅发生7-9%的被动渗漏，且对loganin和loganic acid无活性。该工作首次直接生化表征了CrMATE1的严格方向性、底物专一性和高效转运速率，揭示了其通过控制裂环马钱素进入液泡参与strictosidine合成、调控单萜吲哚生物碱通量的关键作用，为理解植物次生代谢的区室化运输提供了重要依据。

创新点

首次通过异源表达系统直接生化表征了CrMATE1为secologanin特异的液泡输入转运蛋白，明确了其严格的方向性、底物专一性和高效的转运速率。

研究对象（6）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Catharanthus roseus monoterpenoid indole alkaloid (MIA) biosynthesis CrMATE1 CrMATE1 转运 液泡膜secologanin输入转运蛋白
Xenopus laevis oocyte — CrMATE1 CrMATE1 转运 异源表达系统用于生化表征，模拟从细胞质(pH7)到液泡(pH5)的转运
Nicotiana benthamiana — CrMATE1 CrMATE1-eGFP/YFP融合蛋白 转运 用于瞬时表达和亚细胞定位验证
Catharanthus roseus monoterpenoid indole alkaloid (MIA) biosynthesis STR strictosidine synthase 催化 液泡内催化secologanin与tryptamine缩合生成strictosidine，是MIA途径第一个承诺步骤
Catharanthus roseus monoterpenoid indole alkaloid (MIA) biosynthesis CrNPF2.4-2.6 CrNPF2.4-2.6 转运 质膜上负责secologanin生物合成中间体（脱氧马钱苷酸、马钱苷酸、马钱苷和secologanin）的H+偶联输入
Catharanthus roseus monoterpenoid indole alkaloid (MIA) biosynthesis CrNPF2.9 CrNPF2.9 转运 液泡膜定位的strictosidine外排转运蛋白

关键发现

  1. 在Little Delicata(LD)和Pacifica White(PW)两个品种中，VIGS沉默CrMATE1分别使转录水平降低73%和80%
  2. 沉默后secologanin含量显著降低（LD降低50%），而其还原形式secologanol积累增加16-38倍
  3. LD中catharanthine降低22%，PW中vindoline和catharanthine分别降低41%和45%
  4. 亚细胞定位证实CrMATE1定位于液泡膜
  5. 非洲爪蟾卵母细胞表达实验表明CrMATE1是secologanin特异的液泡输入转运蛋白，能在25分钟内转运1 mM底物，对loganin和loganic acid无活性
  6. 对照卵母细胞中secologanin被动渗漏仅7-9%，而MATE表达卵母细胞在5分钟内完成95%转运
  7. 在对照卵母细胞中观察到secologanin还原为secologanol的现象。

研究结论

CrMATE1是定位于液泡膜的secologanin特异性输入转运蛋白，通过控制secologanin进入液泡参与strictosidine合成，在MIA通量调控和细胞稳态维持中发挥关键作用，为理解植物次生代谢的区室化运输提供了重要依据。