Cyclocarya paliurusにおけるトリテルペンおよびフラボノイド生合成に関連する遺伝子の機能的特性評価

シクロカリヤパリウルスでトリテルペノイドスケルトンを生成する酸化スケアレンシクラーゼ（OSC）が初めて同定され、2つのウリジン二リン酸（UDP） - グリコシルトランスフェラーゼ（UGTS）がフラボノイドのグリコシル化を触媒したことが特徴付けられました。中国の在来の希少双子植物であるシクロカリヤ・パリュルスには、高血圧、高脂血症、糖尿病を予防する上で貴重な医薬品効果を示すトリテルペノイドサポニンとフラボノイドグリコシドが豊富に含まれています。しかし、C。paliurusのトリテルペノイドサポニンとフラボノイドグリコシドの生合成を説明する分子メカニズムは不明のままです。この研究では、異なる組織のトリテルペン含有量と、トリテルペノイドサポニンおよびフラボノイドグリコシド生合成に関連する重要な酵素をコードする遺伝子の発現パターンを、トランスクリプトームおよびメタボローム分析を使用して研究しました。トリテルペノイドサポニン生合成に関与する8つの上流のオキシドスクアレンシクラーゼ（OSC）が機能的に特徴付けられました。cPalosc8は2,3-オキシドスクアレンを環化して、ダムマレンジオール-IIを生成しました。Cpalosc2およびcpalosc3はβ-アミリンとCpalosc4を産生し、シクロartenolを産生し、Cpalosc2-cpalosc5、cpalosc7、およびcpalosc8はすべてラノステロールを産生しました。ただし、CPalosc1については触媒産物は検出されませんでした。さらに、フラボノイドグリコシド生合成の最後のステップを触媒する2つの下流のフラボノイドウリジンジホリン酸（UDP） - グリコシルトランスフェラーゼ（UGTS）（CPALUGT015およびCPALUGT100）が機能的に溶出しました。これらの結果は、合成戦略を介して将来のフラボノイドグリコシドと主要なトリテルペノイドサポニンを生成するために適用できるC. paliurusのトリテルペノイドサポニンとフラボノイドグリコシドの生合成に関与する重要な遺伝子を明らかにしました。

The oxidosqualene cyclases (OSCs) generating triterpenoid skeletons in Cyclocarya paliurus were identified for the first time, and two uridine diphosphate (UDP)-glycosyltransferases (UGTs) catalyzing the glycosylation of flavonoids were characterized. Cyclocarya paliurus, a native rare dicotyledonous plant in China, contains an abundance of triterpenoid saponins and flavonoid glycosides that exhibit valuable pharmaceutical effects in preventing hypertension, hyperlipidemia, and diabetes. However, the molecular mechanism explaining the biosynthesis of triterpenoid saponin and flavonoid glycoside in C. paliurus remains unclear. In this study, the triterpene content in different tissues and the expression pattern of genes encoding the key enzymes associated with triterpenoid saponin and flavonoid glycoside biosynthesis were studied using transcriptome and metabolome analysis. The eight upstream oxidosqualene cyclases (OSCs) involved in triterpenoid saponin biosynthesis were functionally characterized, among them CpalOSC6 catalyzed 2,3;22,23-dioxidosqualene to form 3-epicabraleadiol; CpalOSC8 cyclized 2,3-oxidosqualene to generate dammarenediol-II; CpalOSC2 and CpalOSC3 produced β-amyrin and CpalOSC4 produced cycloartenol, while CpalOSC2-CpalOSC5, CpalOSC7, and CpalOSC8 all produced lanosterol. However, no catalytic product was detected for CpalOSC1. Moreover, two downstream flavonoid uridine diphosphate (UDP)-glycosyltransferases (UGTs) (CpalUGT015 and CpalUGT100) that catalyze the last step of flavonoid glycoside biosynthesis were functionally elucidated. These results uncovered the key genes involved in the biosynthesis of triterpenoid saponins and flavonoid glycosides in C. paliurus that could be applied to produce flavonoid glycosides and key triterpenoid saponins in the future via a synthetic strategy.