cis-Prenyltransferase AtCPT6 produces a family of very short-chain polyisoprenoids in planta
- 作者
- Liliana Surmacz, Danuta Plochocka, Magdalena Kania, Witold Danikiewicz, Ewa Swiezewska
- 单位
- 波兰科学院生物化学与生物物理研究所；波兰科学院有机化学研究所
- 杂志
- Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Lipids and Lipid Metabolism（2014）
- DOI
- 10.1016/j.bbalip.2013.11.011
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
确定拟南芥顺式异戊烯基转移酶 AtCPT6 在植物体内的催化产物及其功能，以理解其在多异戊烯醇生物合成中的作用。
研究策略
采用酿酒酵母异源表达和 rer2Δ 突变体互补实验测定 AtCPT6 的酶活性与产物谱；结合拟南芥 T-DNA 插入突变体 (cpt6-1, cpt6-2) 及过表达植株 (CPT6-OE) 分析根中多异戊烯醇组成变化；利用同源建模预测底物结合腔与链长决定残基。
核心内容
该研究通过异源表达、功能互补实验和拟南芥突变体分析，系统表征了顺式异戊烯基转移酶AtCPT6在植物体内的催化产物与生理功能。在酿酒酵母中表达AtCPT6后，其合成以7个异戊烯基单元为主的极短链多异戊烯醇家族（含6–8个单元），并伴随痕量5单元产物。功能互补实验显示AtCPT6虽能恢复rer2Δ突变酵母在37°C下的生长，但无法恢复其蛋白质N-糖基化缺陷。在拟南芥中，两个T-DNA插入突变体（cpt6-1和cpt6-2）根内Dol-7含量分别降至野生型的23%和42%，而过表达株系则增至271%，同时Dol-13也出现协同性升降，表明AtCPT6可能参与短链多萜醇家族的共同合成。同源建模提示底物结合通道末端的F111、F153等非保守残基可能限制产物链长。该结果首次在植物体内明确了特定CPT的产物谱，揭示拟南芥根中复杂多异戊烯醇混合物需多个CPT协同调控。
创新点
['首次在植物体内 (in planta) 表征了植物顺式异戊烯基转移酶的特异性产物。', '发现 AtCPT6 催化合成含6–8个异戊烯基单元的极短链多异戊烯醇家族，以7单元产物为主。', '证明 AtCPT6 能恢复 rer2Δ 酵母的生长缺陷但不能恢复其蛋白质 N-糖基化。']
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 多异戊烯醇/多萜醇生物合成 | AtCPT6 | AtCPT6 | 催化 | 异源表达产生 Pren/Dol-6、-7、-8，以7单元为主；可恢复rer2Δ生长但未恢复N-糖基化。 |
| Arabidopsis thaliana | 根中多异戊烯醇/多萜醇生物合成 | AtCPT6 | AtCPT6 | 催化 | T-DNA插入突变体Dol-7降至23%（cpt6-1）和42%（cpt6-2）；过表达株Dol-7增至271%。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 多萜醇生物合成 | RER2 | Rer2 | 催化 | 内源cis-异戊烯基转移酶，主要合成Dol-15；其缺失突变体用于互补实验。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 多萜醇生物合成 | SRT1 | Srt1 | 催化 | 另一种内源cis-异戊烯基转移酶，主要合成Dol-21，与Rer2定位和生理作用不同。 |
| Arabidopsis thaliana | 多异戊烯醇生物合成 | AtCPT1 | AtCPT1 | 催化 | 体外合成 Dol-18，为拟南芥中另一种已部分表征的CPT。 |
关键发现
- ['AtCPT6 在酿酒酵母中合成 Pren/Dol-6、Pren/Dol-7 和 Dol-8，其中 Pren/Dol-7 为主，另有痕量 Pren-5。', '异源表达 AtCPT6 可恢复 rer2Δ 酵母在37°C下的生长，但 CPY 仍呈现低糖基化形式，表明不能恢复 N-糖基化。', '拟南芥 cpt6-1 和 cpt6-2 突变体根中非常短链多萜醇 Dol-7 含量分别降至野生型的 23% 和 42%
- 短链 Dol-13 分别降至 89% 和 73%，中/长链 Dol-16、Dol-23 变化不显著。', 'AtCPT6 过表达植株根中 Dol-7 增至野生型的 271%，Dol-13 增至 147%，Dol-16 为 113%，Dol-23 为 86%。', '同源建模表明 AtCPT6 的底物结合通道末端存在 F111、F153 等非保守残基，可能限制产物链长。']
研究结论
AtCPT6 在体内主要催化合成以 Dol/Pren-7 为主的极短链多异戊烯醇家族（6–8个异戊烯基单元），并可能参与短链 Dol-13 家族的合成；拟南芥根中复杂多异戊烯醇混合物需要多个 CPT 协同作用。