植物所科研人员揭示莲子心黄酮碳苷合成的分子机制
黄酮碳苷是类黄酮化合物的一个重要分支，由于其独特的化学结构、广泛的生理活性、显著的药理活性，近年来受到了学者们的广泛关注。目前，研究人员已对诸多植物来源的黄酮碳苷进行结构鉴定，然而对黄酮碳苷生物合成的分子机制知之甚少。
莲（Nelumbo）又称荷花，是一种药食同源的水生植物，其荷叶、藕节、莲子、莲子心、莲房和莲须皆可入药，但药效不同。中科院植物所王亮生研究组此前从莲子心中首次鉴定了11个黄酮碳苷，为解析莲子心多种药效的构效关系提供了重要的理论依据；随后调查了38个莲品种莲子心中黄酮碳苷的分布，发现其种类在不同品种间无差异，但含量变异较大。研究人员进一步对莲基因组中UDP-糖基转移酶家族进行了分析，分子克隆并鉴定了两个参与黄酮碳苷合成的糖基转移酶UGT708N1和UGT708N2。体外和体内生化证据表明，UGT708N1催化2-羟基柚皮素和2-羟基圣草酚生成相应的单碳葡萄糖苷，随后通过脱水反应形成黄酮单碳苷；UGT708N2则催化2-羟基柚皮素单碳葡萄糖苷继续发生阿拉伯糖基化或木糖基化，再经过脱水反应生成黄酮双碳苷。研究人员通过植物粗蛋白酶活实验发现，植物体内黄酮双碳苷的合成是分步反应，需先发生葡萄糖基化，才能继续发生阿拉伯糖基化或木糖基化。由此，研究人员提出了莲中黄酮碳苷的生物合成途径。
该研究揭示了莲中黄酮双碳苷合成的分子机制，鉴定到一个特异催化黄酮双碳苷第二步糖基化修饰并具有较宽糖基供体选择性的糖基转移酶UGT708N2。该研究为高等植物中黄酮双碳苷生物合成提供了新基因和新方法，对于利用合成生物学生产黄酮碳苷具有重要参考价值。
研究成果于2021年1月24日正式发表于国际学术期刊The Plant Journal。王亮生研究组已毕业博士生冯成庸和助理研究员李珊珊为论文共同第一作者，刘成副研究员和王亮生研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略生物资源服务网络计划和河北省创新能力提升计划项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/tpj.15168
莲中黄酮碳苷的生物合成下游途径