Generation of phenylpropanoid pathway-derived volatiles in transgenic plants: rose alcohol acetyltransferase produces phenylethyl acetate and benzyl acetate in petunia flowers
- 作者
- Inna Guterman, Tania Masci, Xinlu Chen, Florence Negre, Eran Pichersky, Natalia Dudareva, David Weiss, Alexander Vainstein
- 单位
- The Robert H. Smith Institute of Plant Sciences and Genetics in Agriculture, Faculty of Agricultural, Food and Environmental Quality Sciences, The Hebrew University of Jerusalem; Department of Horticulture and Landscape Architecture, Purdue University; Department of Molecular, Cellular and Developmental Biology, University of Michigan
- 杂志
- Plant Molecular Biology（2006）
- DOI
- 10.1007/s11103-005-4924-x
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
玫瑰醇乙酰转移酶（RhAAT）在体外偏好香叶醇，但在植物体内的实际功能与底物特异性尚不清楚；同时，能否通过表达该酶在异源植物中工程化苯丙烷途径衍生的挥发性乙酸酯也未验证。
研究策略
将玫瑰RhAAT基因置于CaMV-35S启动子控制下转化矮牵牛（Petunia hybrida cv. Mitchell），通过顶空固相微萃取和GC-MS分析转基因花释放的挥发物，并通过外源喂食香叶醇和辛醇考察体内底物可用性对产物谱的影响，同时测定RhAAT的体外动力学参数。
核心内容
该研究将玫瑰中的醇乙酰转移酶基因RhAAT置于CaMV-35S启动子下转化矮牵牛，以探究该酶在异源植物体内的实际功能，并尝试对苯丙烷途径衍生的挥发性乙酸酯进行代谢工程。通过顶空固相微萃取结合GC-MS分析转基因花释放的挥发物，并利用外源喂食香叶醇和辛醇考察体内底物可用性对产物谱的影响，同时测定RhAAT的体外动力学参数。结果显示，转基因矮牵牛花中苯甲酸苄酯和苯乙醇乙酸酯的释放量较对照提高5至10倍，且苯甲醇释放量约为苯乙醇的3倍，相应产物也呈现约3倍的差异。喂食香叶醇或辛醇后，转基因植株的花和叶均能产生相应乙酸酯，而对照不能。体外动力学虽显示香叶醇为最优底物（Km=2783 μM，催化效率155 s⁻¹M⁻¹），但体内产物谱却与底物丰度更相关。这表明RhAAT在植物体内的功能不仅取决于其底物特异性，更依赖于底物的体内可利用性，花卉香气代谢工程需综合考虑底物水平与酶动力学特性。
创新点
首次成功利用广底物谱的醇乙酰转移酶在转基因矮牵牛花中实现苯丙烷途径衍生挥发物（苯乙酸苄酯和苯乙醇乙酸酯）的代谢工程；揭示了体内底物可利用性而非仅仅体外底物偏好决定酶在植物体内的实际产物。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Petunia hybrida cv. Mitchell | 苯丙烷/苯甲酸酯途径 | RhAAT | RhAAT | 催化 | 玫瑰醇乙酰转移酶，催化醇类与乙酰-CoA形成乙酸酯；体外偏好香叶醇，体内可利用苯乙醇和苯甲醇生成相应乙酸酯。 |
关键发现
- 转基因矮牵牛花中苯甲酸苄酯和苯乙醇乙酸酯的释放量较对照提高5（T51株系）至10倍（T60株系）
- 苯甲醇释放量约为苯乙醇的3倍，相应产物苯甲酸苄酯也约为苯乙醇乙酸酯的3倍
- 喂食香叶醇或辛醇后，转基因花和叶均能产生相应的乙酸酯（香叶醇乙酸酯和辛醇乙酸酯），而对照不能
- RhAAT体外动力学参数：对香叶醇Km=2783 μM，苯甲醇Km=15403 μM，苯乙醇Km=34213 μM
- 催化效率分别为155、8和21 s^-1 M^-1，表明体外香叶醇为最优底物。
研究结论
RhAAT在植物体内的功能不仅由其体外底物特异性决定，还强烈依赖于底物的体内可利用性；代谢工程花卉香气需要详细分析底物水平、可用性和酶对不同底物的动力学特性，以实现对代谢流向的精确调控。