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实验室夏涛教授团队详细解析了茶树DFR基因的功能,并揭示影响其功能的关键氨基酸残基

作者: 文章来源: 点击数: 更新日期::2022-05-04

由于高效积累酯型儿茶素,茶树类黄酮代谢途径倍受科研工作者关注。二氢黄酮醇4-还原酶 (Dihydroflavonol 4-reductase, DFR)是类黄酮途径中一种关键酶,催化二氢黄酮醇(包括DHK、DHQ和DHM)生成无色花青素。借助茶树基因组和转录组分析,我们发现茶树基因组中存在4个CsDFR基因,不同的CsDFR基因在茶树类黄酮代谢途径中的作用有待深入研究。


近期,Horticulture Research在线发表了安徽农业大学王云生教授题为The functional analysis of the dihydroflavonol 4-reductase family of Camellia sinensis: exploiting the key amino acids to reconstruct the reduction activity”的研究论文。该研究从茶树中克隆了4条DFR基因,并在体内体外验证了其功能。基于转录和代谢关联分析,CsDFRs的表达与茶树体内儿茶素和原花青素积累密切相关。体外酶活分析表明,CsDFRa和CsDFRc具有催化二氢黄酮醇形成无色花青素的还原酶功能,而CsDFRb1和CsDFRb3未检测到还原酶活性。利用拟南芥DFR突变体(tt3)过表达茶树DFR基因,进一步验证了体外酶活结果。


为了进一步引起DFRa和DFRb1酶活差异的关键氨基酸区段和位点,该研究开展了一系列的重组和点突变试验,证实DFRa第117位的丝氨酸和123位的苏氨酸在控制DFR还原酶的活性起着关键作用;DFRb1第120位天冬酰胺和第126位的半胱氨酸分别突变为丝氨酸和苏氨酸,能恢复其还原酶活性。酶动力学分析显示,CsDFRa和CsDFRc分别对DHQ和DHK表现出更高的亲和力,而CsDFRb1N120SCsDFRb1C126TDHM表现出更高的亲和力。该研究对茶树CsDFRs基因进行了全面系统的分析,挖掘的核心区段和关键氨基酸位点为类黄酮代谢工程高产菌种构建奠定了理论基础。

安徽农业大学生命科学学院博士研究生阮海翔、已毕业硕士研究生石星星和高丽萍教授为该论文的共同第一作者,王云生教授和夏涛教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发、国家自然科学基金联合基金和安徽高校协同创新项目的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1093/hr/uhac098


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