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病原菌侵染后,水稻体内会迅速产生二萜植保素,主要包括Momilactone, Phytocassane, Oryzalexin及ent-10-Oxodepressin,从而增强水稻抗病性。基因簇(Biosynthetic gene cluster, BGC)是指在染色体上成簇出现并协同转录的非同源基因,它们通常编码一些特定化合物生物合成途径中催化连续步骤的酶。研究发现,水稻二萜植保素的生物合成主要由分别位于2号、4号及7号染色体(c2, c4及c7)上的三个基因簇控制,其中c2BGC与c4BGC被发现在籼稻和粳稻中都保守存在,分别负责Phytocassane与Momilactone的合成;而c7BGC只存在于粳稻中,与ent-10-Oxodepressin的合成有关;同时也有非基因簇基因参与到Oryzalexin A-S的合成中。研究发现,这些基因簇和非基因簇之间并不是完全独立的催化产生植保素,而是协同合作的,但是具体的催化途径和进化过程并不清楚。
近日,美国爱荷华州立大学Reuben J. Peters教授课题组在aBIOTECH发表了题为"Oryzalexin S biosynthesis: a cross-stitched disappearing pathway"(点击题目阅读全文)的研究论文,报道了Oryzalexin S的生物合成途径,并且解析了其关键合成基因OsKSL8的进化过程。
作者发现,OsKSL8催化syn-CPP生成syn-stemar-13-ene,随后被来自c4BGC的OsCYP99A2/3羟基化C19生成syn-stemar-13-en-19-ol,接下来再进一步被来自c7BGC的OsCYP71Z21/22羟基化C2α位置进而生成Oryzalexin S。因此,Oryzalexin S的生物合成通过OsKSL8将两个独立的BGCs串联整合起来,为基因簇介导的水稻二萜植保素生物合成提供了新的途径。
此外,之前研究认为粳稻中OsKSL11(Os11g0474800)与OsKSL8(Os11g0474900)是位置相近的两个高度同源基因,但是在粳稻和籼稻中深入分析发现,OsKSL11是OsKSL8在相同遗传位点上的籼型等位基因。有趣的是,在水稻进化过程中,随着籼稻向(亚)热带粳稻的转化,OsKSL8-粳稻(OsKSL8japonica)被OsKSL11-籼稻(OsKSL8indica)取代,而由于大部分籼稻中缺失c7BGC中的OsCYP71Z21/22,导致由OsKSL8催化产生的Oryzalexin S在籼稻中消失。该研究为植物次生代谢和生物合成基因簇进化提供了新的理解。
阅读原文:https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00092-3
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GMT+8, 2024-5-21 19:57
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