Раскрыт биосинтез гиперозида: путь к устойчивому производству в Hypericum monogynum

Гиперозид — полезный флавоноидный галактозид, содержащийся в лекарственных и пищевых растениях, — играет ключевую роль в росте растений, самозащите и размножении, а также обладает многочисленными фармакологическими свойствами, важными для здоровья человека. Однако его биосинтетический путь в растениях, включая исходный источник — семейство Hypericaceae, до сих пор не был систематически изучен.

В августе 2023 года журнал Horticulture Research опубликовал исследование "Параллельные пути биосинтеза гиперозида из нарингенина в Hypericum monogynum".

В ходе работы учёные исследовали механизм биосинтеза гиперозида в Hypericum monogynum, секвенировав транскриптом его цветочных почек. Были идентифицированы четыре ключевых фермента, участвующих в производстве гиперозида:

• HmF3Hs (флаванон-3-гидроксилазы)
• HmFLSs (флавонолсинтазы)
• HmF3'H (флавоноид-3'-гидроксилаза)
• HmGAT (флавоноид-3-O-галактозилтрансфераза)

Каждый из них играет определённую роль в превращении флаванонов и дигидрофлавонолов во флавонолы и их галактозиды, конечным продуктом которых является гиперозид.

Исследование показало, что эти ферменты обладают широкой субстратной селективностью, что указывает на существование нескольких путей биосинтеза гиперозида. В частности:

• HmF3'H действует на различные 4'-гидроксифлавоноиды, производя 3',4'-дигидроксилированные флаваноны, дигидрофлавонолы, флавонолы и флавоноиды.
• HmGAT превращает флавонолы в соответствующие 3-O-галактозиды, включая гиперозид.

Функциональная характеристика ферментов с помощью in vivo и in vitro тестов подтвердила их субстратную специфичность и каталитическую активность. Важным результатом стала успешная реконструкция пути биосинтеза гиперозида в гетерологичной системе — бактериях Escherichia coli BL21(DE3). При добавлении нарингенина удалось достичь выхода гиперозида 25 мг/л.

Эта реконструкция пути, наряду с оптимизацией условий и использования кофакторов, проливает свет на параллельные пути биосинтеза гиперозида в H. monogynum и демонстрирует новый подход для его производства в гетерологичных системах.

Дополнительные эксперименты по молекулярному докингу и сайт-направленному мутагенезу позволили объяснить функциональное разнообразие ферментов и различия в их активности, углубив понимание их каталитических механизмов.

Таким образом, это исследование не только расширяет знания о биосинтезе и регуляции производства гиперозида, но и открывает возможность эффективного получения этого ценного флавоноида биотехнологическими методами.