プラニルトランスフェラーゼは、ルビアcordifoliaのアントラキノンの生合成に参加します

アントラキノンは、安全な天然染料として使用され、多くの医薬品用途を持つ天然キノンの最大のグループを構成しています。植物では、アントラキノンは、ポリケチド経路とシキメート経路の2つの主要なルートを通じて生合成されています。後者は主にアリザリン型のアントラキノンを形成し、1,4-ジヒドロキシ-2-ナフト酸のプレニル化が最初の経路特異的ステップです。ただし、この重要なステップの原因となるプレニルトランスフェラーゼは特徴付けられていません。この研究では、アリザリン型のアントラキノンが豊富な植物であるMadder（Rubia Cordifolia）の細胞懸濁液培養培養物は、1,4-ジヒドロキシ-2-ナフト酸をプレニル化して2-カルボキシル-3-プレニル酸を形成できることが発見されました。-1,4-ナフソキノンと3-プレニル-1,4-ナフソキノン。次に、UBIAスーパーファミリーに属する候補遺伝子であるR. cordifolia dimethylallyltransferase 1（RCDT1）が、プレニル化活性を説明することが示されました。基質特異性研究により、組換えRCDT1が主にナフソ酸を認識し、4-ヒドロキシルベンゾ酸がそれに続くことが明らかになりました。プレニル化活性は、1,2および1,4-ジヒドロキシナフタレンによって強く阻害されました。RCDT1 RNA干渉は、R。cordifoliacallus培養のアントラキノン含有量を大幅に減少させ、アリザリン型のアントラキノン生合成にRCDT1が必要であることを示しています。色素体の局在化と根固有の発現により、アントラキノン生合成へのRCDT1の関与がさらに確認されました。RCDT1の系統解析とその根性ホモログの機能的検証は、ユビキノン生合成経路からの動員を介してルビアチ科でDHNAプレニル化活性が収束して進化したことを示しました。我々の結果は、RCDT1がR. cordifoliaのアリザリン型anthraquinones生合成の最初の経路特異的ステップであることを示しています。これらの発見は、シキメート経路に由来するアントラキノン環の生合成プロセスを理解することに大きな影響を与えます。

Anthraquinones constitute the largest group of natural quinones, which are used as safe natural dyes and have many pharmaceutical applications. In plants, anthraquinones are biosynthesized through two main routes: the polyketide pathway and the shikimate pathway. The latter primarily forms alizarin-type anthraquinones, and the prenylation of 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid is the first pathway-specific step. However, the prenyltransferase responsible for this key step remains uncharacterized. In this study, the cell suspension culture of Madder (Rubia cordifolia), a plant rich in alizarin-type anthraquinones, was discovered to be capable of prenylating 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid to form 2-carboxyl-3-prenyl-1,4-naphthoquinone and 3-prenyl-1,4-naphthoquinone. Then, a candidate gene belonging to the UbiA superfamily, R. cordifolia  dimethylallyltransferase 1 (RcDT1), was shown to account for the prenylation activity. Substrate specificity studies revealed that the recombinant RcDT1 recognized naphthoic acids primarily, followed by 4-hydroxyl benzoic acids. The prenylation activity was strongly inhibited by 1,2- and 1,4-dihydroxynaphthalene. RcDT1 RNA interference significantly reduced the anthraquinones content in R. cordifolia callus cultures, demonstrating that RcDT1 is required for alizarin-type anthraquinones biosynthesis. The plastid localization and root-specific expression further confirmed the participation of RcDT1 in anthraquinone biosynthesis. The phylogenetic analyses of RcDT1 and functional validation of its rubiaceous homologs indicated that DHNA-prenylation activity evolved convergently in Rubiaceae via recruitment from the ubiquinone biosynthetic pathway. Our results demonstrate that RcDT1 catalyzes the first pathway-specific step of alizarin-type anthraquinones biosynthesis in R. cordifolia. These findings will have profound implications for understanding the biosynthetic process of the anthraquinone ring derived from the shikimate pathway.