Characterization of switchgrass (Panicum virgatum L.) PvKSL1 as a levopimaradiene/abietadiene-type diterpene synthase

IF 3.6 3区生物学 Q1 PLANT SCIENCES Plant Biology Pub Date : 2024-08-20 DOI:10.1111/plb.13708

G. Wyatt, P. Zerbe, K. Tiedge

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开关草（Panicum virgatum L.）PvKSL1作为左旋丙二烯/阿维塔二烯型二萜合成酶的特征。

植物二萜代谢物种类繁多，在介导生长、化学防御和生态适应方面具有重要功能。在玉米（Zea mays）、水稻（Oryza sativa）和大麦（Hordeum vulgare）等主要单子叶作物中，二萜是生物和非生物胁迫恢复力的核心成分。开关草（Panicum virgatum）是一种多年生禾本科植物，是一种具有抗逆性的生物燃料示范作物。在此之前，我们发现了一个异常庞大的二萜合成酶家族，该家族既能产生常见的二萜，也能产生物种特异性的二萜，其中有几种二萜会在应对非生物胁迫时积累。在此，我们报告了通过与不同焦磷酸 copalyl（CPP）异构体的体内共表达试验、结构和诱变研究以及基因组和转录组分析，发现了一种以前未认识到的单功能 I 类二萜合成酶（PvKSL1）并对其进行了功能表征。其中，PvKSL1 通过 13-hydroxy-8(14)-ent-abietadiene 中间体将 ent-CPP 转化为 ent-abietadiene、ent-palustradiene、ent-levopimaradiene 和 ent-neoabietadiene。值得注意的是，虽然具有独特的ent-立体化学特征，但这一产物特征与针叶树中出现的双功能（+）-levopimaradiene/ietadiene合成酶几乎相同。PvKSL1 的四个活性位点残基中有三个以前曾被证明控制着 (+)-levopimaradiene/abietadiene 合酶的催化特异性。然而，诱变研究表明 PvKSL1 具有独特的催化机制。PvKSL1 的基因组定位远离其他二萜合成酶，其系统发育也与已知的形成烷烃的二萜合成酶不同，这支持了 PvKSL1 活性的独立进化。尽管水平较低，但 PvKSL1 基因主要在根部表达，这表明二萜类化合物在地下组织中发挥作用。这些发现共同拓展了单子叶作物二萜代谢的已知化学和功能空间。

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来源期刊

Plant Biology 生物-植物科学

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审稿时长

3 months

期刊介绍： Plant Biology is an international journal of broad scope bringing together the different subdisciplines, such as physiology, molecular biology, cell biology, development, genetics, systematics, ecology, evolution, ecophysiology, plant-microbe interactions, and mycology. Plant Biology publishes original problem-oriented full-length research papers, short research papers, and review articles. Discussion of hot topics and provocative opinion articles are published under the heading Acute Views. From a multidisciplinary perspective, Plant Biology will provide a platform for publication, information and debate, encompassing all areas which fall within the scope of plant science.