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黄酮醇是分布最为广泛的类黄酮物质,代表性物质如槲皮素(quercetin)和山奈酚(kaempferol),在植物体内大多以糖苷的形式存在,糖基化一般发生在3位和7位的羟基位置上,携带的糖基常以葡萄糖和鼠李糖为多数,少数其他种类的糖,如半乳糖、阿拉伯糖、木糖和糖酸等。糖基化作用可以提高黄酮醇的可溶性和稳定性,便于细胞体内的转运和液泡储存。黄酮醇的糖基化是由糖基转移酶(GTs)催化的,利用小分子化合物为底物受体,UDP-糖为供体,具有一定的底物特异性。
在拟南芥基因组中,预测拥有超过110个UGTs基因(family 1GTs)。最先克隆及功能鉴定的黄酮醇糖基转移酶是UGT78D1(F3RhaT)和UGT73C6(F7GlcT)。Jones(2003)等基于同源序列的方法(氨基酸序列相似性),分别以黄芩苷7-O-葡萄糖糖基转移酶和矮牵牛黄酮醇3-O-半乳糖糖基转移酶为参照,从拟南芥中得到了黄酮醇-7-O-糖基转移酶和黄酮醇-3-O-糖基转移酶的候选序列,并利用T-DNA插入突变体系和体外蛋白重组表达等手段验证了它们的功能。UGT73C6具有底物特异性,以黄酮醇3-O-鼠李糖苷为底物的酶活性是非糖苷的10倍以上。
Tohge(2005)等利用转录组和代谢组整合分析的方法,全面比较了野生型和过表达PAP1基因突变体的转录组和代谢组,并设置了不同器官(根和叶)和不同生长基质(琼脂和蛭石)的处理,以期发现一些与类黄酮合成有关的新基因,特别是类黄酮糖基化、甲基化等相关的修饰基因。通过比较分析野生型和PAP1突变体的flavonoid-targeted代谢组和non-targeted代谢组,发现PAP1过表达突变体中一些特异的花青素苷物质和槲皮素类黄酮醇苷物质显著高于野生型。利用基因表达芯片共分析了22810个基因,从PAP1过表达突变体中发现了38个上调表达的基因,并预测它们的功能。利用T-DNA插入突变体以及体外蛋白重组等方法,对其中的两个糖基转移酶基因UGT78D2和UGT75C1进一步功能验证,结果表明UGT78D2(F3GlcT)属于类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶,既能催化黄酮醇3位的糖基化,又能催化花青素3位的糖基化;UGT75C1(A5GlcT)则属于花青素5-O-葡萄糖基转移酶。
Yonekura-Sakakibara(2007)等应用转录组共表达分析(transcriptome coexpression analysis),找到一个UGT基因的表达模式,UGT89C1,与类黄酮合成途径上的上游基因(包括CHS,CHI,F3H,FLS等)一致。进一步分析该基因的两个T-DNA插入突变体,缺失黄酮醇C-7位的鼠李糖苷。与谷胱甘肽S-转移酶融合的UTG89C1体外重组蛋白,能够特异地催化山奈酚3-O-葡萄糖苷(K3G)转化为山奈酚3-O-葡萄糖苷-7-O-鼠李糖苷(K3G7R),该酶不能识别非糖基化的黄酮醇糖基配体和3-O-糖基化的花青素等底物,以及其它UDP-糖。UGT89C1基因在花蕾中高度表达,与高含量的C-7鼠李糖糖基化的黄酮醇苷相对应。综合分析表明,UGT89C1属于黄酮醇7-O-鼠李糖糖基转移酶(F7RhaT)。
Yonekura-Sakakibara等还勾画了拟南芥中黄酮醇糖基化的代谢途径,如上图(图片来源于文献Yonekura-Sakakibara et al., 2007))。
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