Science新发现:一种在茄属植物中帮助制造防御害虫分子的蛋白质

时间:2024年12月25日
来源:AAAS

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一种被称为GAME15的蛋白质是土豆等茄属植物制造化学防御分子——甾体糖生物碱(SGAs)途径中缺失的一环。这一发现为将这种生物合成途径应用于其他植物铺平了道路,使农业和生物技术的创新应用成为可能。作者写道:“这一发现……为食品、化妆品和药品的SGAs工程提供了一把钥匙。”

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一种被称为GAME15的蛋白质是土豆等茄属植物制造化学防御分子——甾体糖生物碱(SGAs)途径中缺失的一环。这一发现为将这种生物合成途径应用于其他植物铺平了道路,使农业和生物技术的创新应用成为可能。

作者写道:“这一发现……为食品、化妆品和药品的SGAs工程提供了一把钥匙。”

植物产生各种各样的次生代谢物,这些代谢物对它们的生长和与环境的相互作用至关重要。这些化合物以其结构多样性为特征,对人类和产生它们的生物既有有益的影响,也有有害的影响。例如,SGAs作为有效的植物防御化学物质,但可能降低人类的营养价值,并对植物本身造成高水平的毒性风险。在植物科中,茄科因产生多种生物活性和有毒化合物而脱颖而出,其中包括SGAs,这是马铃薯、西红柿和茄子等茄属植物的关键防御物质。

尽管在了解SGA的合成和功能方面取得了很大进展,但完整的生物合成途径仍然难以捉摸,这使得SGAs的工程生产成为其他物种的挑战。Adam Jozwiak和他的同事发现糖生物碱代谢m15 (GAME15)是SGA生物合成中一个关键的缺失环节。

Jozwiak等人通过对拟南芥、茄科植物等不同物种的纤维素合酶样酶及其相关蛋白进行系统发育分析,发现GAME15从细胞壁机制进化为一种内质网葡萄糖醛酸基转移酶,该酶将葡萄糖醛酸附着在胆固醇上,并在SGA生物合成途径中作为其他酶的支架蛋白。沉默GAME15消除了SGAs的产生,使植物更容易受到害虫的侵害。 

Boccia等人在2024年10月发表的一项相关研究报告称,他们在黑茄(Solanum nigrum)中发现了一种关键的纤维素合成酶样蛋白,该蛋白指导甾体糖生物碱和皂苷的生物合成。

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