糖代謝解毒酶乙二醛酶能夠催化天然產物的芳香化

　　近日，Nature Chemical Biology雜志在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心陳曉亞研究組題為“Aromatization of natural products by a specialized detoxification enzyme”的研究論文。該研究發現糖代謝解毒酶乙二醛酶I能夠催化植物天然產物的芳香化。

乙二醛酶I與特化的SPG催化天然產物芳香化和解毒

　　植物和微生物中許多次生代謝產物（天然產物）含有苯環結構，非芳香氨基酸來源的苯環形成需要特殊的芳香化反應。棉花合成并積累棉酚等具有細胞毒性的倍半萜成分,幫助抵御病蟲害。棉籽是植物油和飼料蛋白的重要來源，但高含量的棉酚限制棉籽的安全利用。棉酚含有萘環，即融合苯環，其基本骨架是(+)-δ-杜松烯。研究組先后克隆并鑒定了數個細胞色素P450單加氧酶，以及雙加氧酶2-ODD1 和醇脫氫酶DH1，為全面解析棉酚生物合成途徑奠定了基礎，但棉酚骨架的芳香化一直是未解之謎。

　　甲基乙二醛是糖代謝的副產物，在生物中廣泛存在且具有較強的細胞毒性。乙二醛酶I（GLXI）在谷胱甘肽(GSH)的輔助下，催化甲基乙二醛和GSH的加合物半硫縮醛異構，生成S-D-乳酰谷胱甘肽，進而被轉化脫毒。研究組發現不同物種的乙二醛酶I除了轉化甲基乙二醛，還能識別具有鄰羥基酮特征結構的環狀化合物，導致底物香化。在棉花中，SPG是一種特化的乙二醛酶I，丟失了N端的細胞器定位信號肽和GSH結合位點，雖然不再有轉化甲基乙二醛的活性，卻可以高效催化棉酚生物合成中間體的芳香化，且不需要輔因子參與。

　　SPG是一類新的芳香化酶，從解毒酶變身為合成酶，代表了植物次生代謝途徑進化的一個新特征。更為重要的是，GSH結合位點的丟失拓寬了SPG的底物譜，可以在沒有輔助因子存在的簡易條件下降解嘔吐毒素。真菌產生的嘔吐毒素嚴重污染小麥、玉米等谷物，新發現的SPG在食品安全、環境修復和合成生物學方面均具有重要的應用前景。

　　中國科學院分子植物科學卓越創新中心陳曉亞研究員為該論文的通訊作者，博士后黃金泉與中國科學院昆明植物研究所方欣副研究員為本論文共同第一作者，陳曉亞組博士后田秀、研究生林嘉玲、郭曉祥、副研究員王凌健等為本工作的完成做出了貢獻。論文部分工作與英國Cathie Martin教授和上海辰山植物園副研究員趙清合作開展。本研究得到國家自然科學基金、中科院、科技部和農業部項目的資助。