PBJ∣重庆大学徐海洋课题组揭示了广藿香植物长链烷烃的生物合成机制

文摘 2024-11-21 13:04 北京

超长链烷烃是覆盖陆地植物地上表皮的疏水性角质蜡的主要成分，作为防水屏障保护植物免受环境胁迫。不同链长的烷烃也是化石燃料的主要成分。植物超长链烷烃在常温下通常呈固态，其生物合成机制已被广泛阐明。长链烷烃（C13~C19）在常温下通常呈液态，是汽油、柴油等液体燃料的主要成分。然而关于植物长链烷烃如十五烷的生物合成机制却鲜有报道。因此，解析植物长链烷烃生物合成途径将为生产可再生碳氢化合物和新一代生物燃料提供新的酶工具箱。

近日，重庆大学生命科学学院徐海洋教授课题组在国际权威期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Pathway elucidation and heterologous reconstitution of the long-chain alkane pentadecane biosynthesis from Pogostemon cablin”的研究论文。该研究以药用植物广藿香（Pogostemon cablin）为材料，通过整合代谢组和转录组数据及生化分析等手段，鉴定了由内质网定位的PcCER1-LIKE3和PcCER3蛋白组成的复合体催化长链烷烃十五烷的生物合成，并在烟草和酵母底盘中重构了该生物合成通路，验证了利用这些新发现的酶，在异源植物底盘中通过代谢模块改造来生产液体生物燃料的可行性。

研究者发现幼龄期的广藿香植物不仅能够大量积累关键药用成分广藿香酮，同时也大量生产长链烷烃十五烷。通过整合代谢组和转录组数据，“代谢物与基因”关联分析和同源基因比对，筛选到了参与长链烷烃生物合成的醛脱羰酶（Aldehyde decarbonylase）的候选基因（PcCER1和PcCER1-LIKE1~3），并通过亚细胞定位分析，双分子荧光互补，本氏烟草瞬时表达等实验验证了由内质网定位的PcCER1-LIKE3和PcCER3蛋白组成的复合体催化了长链烷烃十五烷的生物合成。研究者在本氏烟草和酵母底盘中利用新鉴定的酶重构了十五烷的生物合成通路，并通过病毒诱导的基因沉默（Virus induced gene silencing，VIGS），沉默了参与超长链脂肪酸延伸途径的多功能乙酰辅酶A羧化酶（ACC），进一步提高了十五烷在转基因本氏烟草中的合成。该研究结果为以植物底盘合成新一代液体生物燃料提供了新途径。

图1. 沉默ACC促进过表达PcCER3和PcCER1-LIKE3的本氏烟草叶片中长链烷烃十五烷和十七烷的生物合成

重庆大学生命科学学院博士研究生文静、硕士研究生夏婉娴和博士研究生王莹（已毕业）为论文共同第一作者，徐海洋教授为论文通讯作者。该研究得到重庆市技术创新与应用发展专项重点项目（cstc2021jscx-cylhX0001）、国家自然科学基金项目（31970319）的资助。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14520

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxMzU4MDg5Mg==&mid=2247489487&idx=1&sn=5ed8f6f448b3a22f135c3ee2353da44d

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