The Plant Journal:中科院武汉植物园章焰生研究组解析野葛特有成分
2017年2月16日，国际植物学权威期刊《The plant Journal》在线发表了中国科学院武汉植物园章焰生研究组的一篇研究论文，研究揭开葛根素分子碳糖苷如何形成的神秘面纱。工作人员王欣与李长福为论文共同第一作者，章焰生研究员为论文通讯作者。
葛根对预防心血管以及老年性骨骼疏松等病症具有较强功效，为药食同源植物，其主要功效成分为葛根素，有意思的是葛根素只在野葛植物中合成，而在其它任何植物中均未检测到，这些资料说明野葛植物存在某种特殊的合成装置或机制促使了葛根素的形成。葛根素分子碳8位置有一个碳糖苷，是葛根素的药用基团，通常小分子药物的糖苷都是通过氧桥连接至药物分子骨架，但葛根素分子的糖苷却直接通过C-C连接方式连接至其骨架之上，这种特殊的合成方式使得葛根素分子具备了独特的药用价值。因此，葛根素分子碳糖苷如何形成激起了广大科学家的研究兴趣，也一直是一个困扰科学家们的神秘科学问题。
研究组通过常规植物化学技术首先明确了葛根素分子的合成场所主要是在野葛植物的根部细胞，并在根部细胞中长期储存;利用高通量RNA测序技术，该研究团队从野葛植物中共分离100多种糖基转移酶基因，并借助荧光定量PCR分析手段，发现了其中有22种糖基转移酶基因在野葛植物的根中特异合成;围绕上述22种糖基转移酶基因，利用生物化学以及分子生物学研究手段，他们成功地发现了其中一种命名为PlUGT43 的基因控制了葛根素分子碳糖苷的形成，PlUGT43 基因目前只在野葛植物中检测到，而搜索其它豆科植物均未发现有任何的PlUGT43的同源基因，这也许可以解释了为什么葛根素只在野葛植物中合成的原因。有意思的是该研究团队将PlUGT43 基因转入豆科作物大豆中，最终发现转基因大豆也具备了合成葛根素的能力。随着合成生物学技术的发展以及PlUGT43 基因的发现，相信不久的未来人工体外生物合成制备葛根素将成为可能。
图：PlUGT43 催化了葛根素碳糖苷基团的形成
原文链接：
molecular characterization of the C-glucosylation for puerarin biosynthesis inPueraria lobata
原文摘要：
C-glycosyltransferases (CGTs) are important enzymes that are responsible for the synthesis of the C-glycosides of flavonoids and isoflavonoids. Flavonoid CGTs have been molecularly characterized from several plant species; however, to date, no gene encoding an isoflavonoid CGT has been reported from any plant species. A significant example of an isoflavonoid C-glycoside is puerarin, a compound that contributes to the major medicinal effects of Pueraria lobata. Knowledge regarding the C-glucosylation that occurs during puerarin biosynthesis remains scant. One possible route for the puerarin synthesis is via the C-glucosylation of daidzein. This study describes the molecular cloning and functional characterization of a novel glucosyltransferase (PlUGT43) from P. lobata. Biochemical analyses revealed that PlUGT43 possesses an activity for the C-glucosylation of daidzein to puerarin; it shows activity with the isoflavones, daidzein and genistein, but displays no activity towards other potential acceptors, including flavonoids. To validate the in vivofunction of PlUGT43, the PlUGT43 gene was over-expressed in soybean hairy roots that naturally synthesize daidzein but that do not produce puerarin. The expression of PlUGT43 led to the production of puerarin in the transgenic soybean hairy roots, confirming a role of PlUGT43 in puerarin biosynthesis.
作者：章焰生
