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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

分子植物卓越中心揭示二萜糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1的催化機(jī)制

2019-10-16 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

　　9月28日，Plant Communications 在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王勇研究組與張鵬研究組的合作研究成果“Structural Insights into the Catalytic Mechanism of a Plant Diterpene Glycosyltransferase SrUGT76G1”。該研究詳細(xì)闡釋了二萜類(lèi)化合物糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1的底物識(shí)別與催化的分子機(jī)制。

　　糖基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的天然產(chǎn)物糖基化是次生代謝產(chǎn)物生物合成中最廣泛存在的一種修飾方式，也是植物細(xì)胞維持代謝平衡的主要機(jī)制之一，決定了次級(jí)代謝產(chǎn)物的水溶性、生物活性、穩(wěn)定性、毒性、運(yùn)輸性及亞細(xì)胞定位等。迄今為止，人們對(duì)這類(lèi)糖基轉(zhuǎn)移酶的底物識(shí)別專(zhuān)一性和產(chǎn)物生成特異性的分子機(jī)制仍知之甚少。

　　在本項(xiàng)工作中，作者對(duì)甜葉菊來(lái)源的具有廣泛底物催化活性的二萜糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1進(jìn)行了蛋白結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)該酶能識(shí)別多種二萜及其他小分子化合物生成相應(yīng)的糖基化產(chǎn)物。作者獲得了SrUGT76G1與四種不同底物的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)SrUGT76G1之所以能夠識(shí)別多種不同的底物，在于其寬大的糖基受體結(jié)合口袋，這與已知的黃酮或水楊酸糖基轉(zhuǎn)移酶具有明顯的不同。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，Gly87與Leu204是決定SrUGT76G1底物識(shí)別特異性的關(guān)鍵殘基，突變可實(shí)現(xiàn)二萜糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)底物的識(shí)別的轉(zhuǎn)換，即由二萜轉(zhuǎn)換為黃酮。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Thr284是決定底物識(shí)別專(zhuān)一性與產(chǎn)物特異性的關(guān)鍵位點(diǎn)?；诖?，作者成功地實(shí)現(xiàn)了以萊寶迪苷D（RebD）為底物高效合成稀有的高倍甜味劑萊寶迪苷M（RebM），降低了該酶對(duì)底物萊寶迪苷A（RebA）的識(shí)別，大大減少了副產(chǎn)物萊寶迪苷I（RebI）的生成。該研究工作揭示了二萜糖基轉(zhuǎn)移酶底物識(shí)別與催化的分子機(jī)制，為通過(guò)糖基化工程合成更多結(jié)構(gòu)和功能多樣性的天然或非天然糖基化產(chǎn)物奠定了分子基礎(chǔ)。該研究也提供了一種高效便捷的方式，可通過(guò)合成生物技術(shù)大規(guī)模制造RebM等植物中稀有的二萜糖苷類(lèi)化合物，目前該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化推廣。

　　王勇和張鵬為論文共同通訊作者。王勇研究組博士生劉志鳳、博士后孫雨偉以及張鵬課題組副研究員李建戌為該論文共同第一作者。該研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院相關(guān)研究項(xiàng)目的資助。

　　論文鏈接

圖：SrUGT76G1催化底物反應(yīng)

　　9月28日，Plant Communications 在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王勇研究組與張鵬研究組的合作研究成果“Structural Insights into the Catalytic Mechanism of a Plant Diterpene Glycosyltransferase SrUGT76G1”。該研究詳細(xì)闡釋了二萜類(lèi)化合物糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1的底物識(shí)別與催化的分子機(jī)制。
　　糖基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的天然產(chǎn)物糖基化是次生代謝產(chǎn)物生物合成中最廣泛存在的一種修飾方式，也是植物細(xì)胞維持代謝平衡的主要機(jī)制之一，決定了次級(jí)代謝產(chǎn)物的水溶性、生物活性、穩(wěn)定性、毒性、運(yùn)輸性及亞細(xì)胞定位等。迄今為止，人們對(duì)這類(lèi)糖基轉(zhuǎn)移酶的底物識(shí)別專(zhuān)一性和產(chǎn)物生成特異性的分子機(jī)制仍知之甚少。
　　在本項(xiàng)工作中，作者對(duì)甜葉菊來(lái)源的具有廣泛底物催化活性的二萜糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1進(jìn)行了蛋白結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)該酶能識(shí)別多種二萜及其他小分子化合物生成相應(yīng)的糖基化產(chǎn)物。作者獲得了SrUGT76G1與四種不同底物的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)SrUGT76G1之所以能夠識(shí)別多種不同的底物，在于其寬大的糖基受體結(jié)合口袋，這與已知的黃酮或水楊酸糖基轉(zhuǎn)移酶具有明顯的不同。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，Gly87與Leu204是決定SrUGT76G1底物識(shí)別特異性的關(guān)鍵殘基，突變可實(shí)現(xiàn)二萜糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)底物的識(shí)別的轉(zhuǎn)換，即由二萜轉(zhuǎn)換為黃酮。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Thr284是決定底物識(shí)別專(zhuān)一性與產(chǎn)物特異性的關(guān)鍵位點(diǎn)。基于此，作者成功地實(shí)現(xiàn)了以萊寶迪苷D（RebD）為底物高效合成稀有的高倍甜味劑萊寶迪苷M（RebM），降低了該酶對(duì)底物萊寶迪苷A（RebA）的識(shí)別，大大減少了副產(chǎn)物萊寶迪苷I（RebI）的生成。該研究工作揭示了二萜糖基轉(zhuǎn)移酶底物識(shí)別與催化的分子機(jī)制，為通過(guò)糖基化工程合成更多結(jié)構(gòu)和功能多樣性的天然或非天然糖基化產(chǎn)物奠定了分子基礎(chǔ)。該研究也提供了一種高效便捷的方式，可通過(guò)合成生物技術(shù)大規(guī)模制造RebM等植物中稀有的二萜糖苷類(lèi)化合物，目前該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化推廣。
　　王勇和張鵬為論文共同通訊作者。王勇研究組博士生劉志鳳、博士后孫雨偉以及張鵬課題組副研究員李建戌為該論文共同第一作者。該研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院相關(guān)研究項(xiàng)目的資助。
　　論文鏈接
　　圖：SrUGT76G1催化底物反應(yīng)

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