北京市农林科学院生物所在玉米天然产物糖基转移酶研究方向取得新进展

　　近日，北京市农林科学院生物所联合美国夏威夷大学开展的玉米类黄酮糖基转移酶功能研究取得创新性进展。该研究首次系统揭示玉米糖基转移酶ZmUGT76B1的酶学特性，不仅丰富了糖基化修饰的理论体系，更为天然产物的绿色工业化合成提供了关键的基因资源与理论成果。相关研究成果以“Cloning, expression, and Activity and Structure Characterization of an O?Glycosyltransferase, ZmUGT76B1 from Maize （Zea mays L.）”为题发表在国际学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院1区，IF:6.2）。

 

　　黄酮类化合物（Flavonoids）作为植物次生代谢物，在人类健康和植物抗性、生长发育中扮演着多种角色。植物次生代谢物有多种修饰方式，其中糖基化不仅是一种普遍的修饰方式，也是这些次生代谢物生物合成中的最后一步。尿苷二磷酸依赖型糖基转移酶（UGTs）是在植物中进行糖基化修饰的主要蛋白酶，使糖基化修饰过程更加快速、准确和高效。近年来，有很多参与拟南芥UGTs的研究，但在玉米中的研究却很少有报道。

 

　　本研究从玉米中克隆得到黄酮糖基转移酶基因ZmUGT76B1，经原核表达纯化获得带MBP标签的融合蛋白。体外催化实验表明，该酶可选择性对黄酮3-、7-、3'-及4'- 羟基位点糖基化，生成单-O-糖苷与双-O -糖苷产物，且能以单糖苷为底物合成双糖苷，转化率较高。ZmUGT76B1对山奈酚等多种类黄酮具有催化活性，糖供体选择性严格，仅可利用UDP-G；45℃温浴2 h后活性基本不变。分子对接与定点突变证实Q338、E361 为关键活性位点，突变体催化效率显著下降，双突变体完全失活。该酶最适反应条件为：pH=8、Na?HPO?-KH?PO?缓冲液、糖供体浓度 1-2 mM、温度45℃，酶促动力学显示其对底物亲和力较强。本研究为类黄酮糖苷工业化合成提供理论与材料支撑。

 

　　北京市农林科学院生物所与北京农学院联合培养在读硕士研究生高雨琪为论文第一作者，张中保研究员和夏威夷大学Qing X. Li教授为共同通讯作者。吴忠义研究员在课题设计和研究中给予重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、北京市乡村振兴农业科技项目和北京市农林科学院创新能力建设专项的资助。