植物,草食动物和病原体陷入了一场长达数亿年的战争。植物扎根在原地,无法运转,它们在其细胞内进化出了复杂的化学生产机器,以抵御他们的游击对手。

  在最近发表在《eLife》上的一篇论文中,MSU研究生物化学和遗传学的博士后范鹏翔教授和生物化学和生物学系的Barnett Rosenberg教授罗伯特拉斯特(Robert Last)报告了发现了两种古老的番茄酶的发现,这些酶被招募为在正在进行的进化军备竞赛中起着至关重要的作用。

  “植物已经进化为与食草动物和病原体进行化学战。其中许多毒物对食用它们的人类或脊椎动物没有特别的毒性,但它们显然可以植物免受病原体和昆虫的侵害。”高通量遗传筛选技术,他花了15年的时间研究茄科或茄属植物中特殊代谢物的生物化学,茄属植物是一种极为重要的食物来源,包括马铃薯,西红柿,茄子,甜椒和辣椒。

  范解释说:“七年前我加入Last Lab时就着迷了,因为他们正在研究被称为酰基糖的专门代谢产物。” “基本上,番茄酵素将甜糖变成一种防御性化学物质,称为酰基糖,我认为这太神奇了!”

  大约20-30百万年前,茄科“劫持”了两种参与脂肪酸代谢的古老酶,从而将蔗糖变成了粘性的天然农药。与茄科的其他很少产生碳糖链超过10个的酰基糖不同,栽培番茄产生的脂肪酰基糖链具有2-12个碳。

  通过比较基因组学,生化分析和CRISPR-Cas9基因编辑方法,研究人员确定了一个具有两个基因的基因簇,两个基因负责编码在番茄中产生长链酰基糖的酶。这两种酶被称为AACS和AECH,它们被隔离在称为毛状毛的水果上细小腺毛的尖端,在那里它们会分泌酰基糖,然后再分泌到表面。

  范说:“植物组织中到处都有主要的代谢产物,例如脂肪酸,但是这两种酶的表达仅限于腺毛,这是募集酰基糖生物合成的重要一步。” “如果基因在植物中到处表达,它将一般的脂肪酸代谢并干扰膜脂。限于毛状体尖端细胞,其长酰基链可被掺入酰基糖而不会损害植物。”

  这些渗出的头发的细胞机制成为范的探索的重点,以了解茄科中酰基糖形式的变化是如何演变的,并且它需要实验室和学科的多样化合作。

  范说:“我想深入研究,以完全理解这些化学物质的制造方式,并需要不同的科学观点。” “我是一名生物化学家和遗传学家,我渴望与细胞生物学家和生物信息学家合作。”

  范与来自植物生物学系的Shihinhan Shiu教授实验室的博士后研究员Peipei Wang合作,使用生物信息学工具重建了进化事件,该事件依次将两个基因募集到番茄的特定基因组区域,并产生了各种糖糖链长度。在茄科。他们的努力确定了负责制造长链酰基糖的前体的酶-酰基辅酶A,即AACS和AECH。

  接下来,范先生想知道这两种产生酰基辅酶A的酶与蔗糖会合产生酰基糖的。通常,蔗糖在细胞质中很容易获得,而酰基辅酶A可以在多种细胞室中制备。

  与MSU-DOE植物研究实验室的MSU基金会教授Frederica Brandizzi实验室的研究生 Caingfei Cao合作,科学家们能够追踪产生酰基辅酶A的酶。出乎意料的是,他们在细胞的能量产生部分线粒体中发现了它们。这是了解如何将通常与脂肪酸和脂质有关的两种酶劫持以制备性糖的重要发现。

  “这项研究了进化用于产生植物代谢多样性的许多“窍门”:修饰旧酶以产生新产物,由于我们未能完全理解并把生物合成在特定细胞类型中的原因而使参与该多样性的基因聚类。单元中的意外。” Last解释道。

  范说:“我们可以将这两种酶的故事扩展到其他,以供将来改进。” “如果我们能找出哪种类型的酰基糖在植物防御中最有效,并加以控制,我们就可以设计出有效的天然农药来植物免受昆虫和病原体的侵害。”

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2020年08月06日 发布人:和记娱乐 来源:h88平台官网

科学家发现古老的酶进化出新的技巧

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