铁皮石斛β-糖苷水解酶BGLU家族基因参与药用次生代谢产物合成

铁皮石斛β-糖苷水解酶BGLU家族基因参与药用次生代谢产物合成

铁皮石斛（Dendrobium catenatum/officinale）是一种常用的中药材，是兰科石斛属中最受欢迎的药用种类之一，含有多糖、生物碱、类黄酮等多种次生代谢活性成分，具有解热、阵痛、抗炎、抗氧化、调节免疫等作用。早在东汉《神农本草经》及明代《本草纲目》中就已将铁皮石斛奉为上品，足见其价值之高。

铁皮石斛(Dendrobium catenatum/officinale)

植物中许多重要次生代谢产物均以糖苷形式存在，可以通过β-糖苷水解酶（BGLU）水解其中的糖苷键帮助其处于活性状态，也可以通过水解产生更多的其他活性天然产物。此外，部分糖苷水解酶也能行使糖基化修饰作用，通过糖基化修饰生成糖苷键来增加化合物水溶性和稳定性，因此，糖苷水解酶是维持化合物糖苷键水解和糖苷键形成之间动态平衡的重要调节因子。β-糖苷水解酶BGLU包含多个亚家族，其中GH1亚家族基因广泛存在于各种植物中，在细胞壁修饰、免疫防御、激素信号转导、逆境响应、次生代谢产物合成等方面发挥重要调节作用。例如，BGLU催化糖基化异胡豆苷水解产生多种单萜类生物碱。尽管在拟南芥、玉米、水稻等物种中报道了BGLU参与生物碱、类黄酮等次生代谢产物合成，在兰花中BGLU相关研究仍然较少。

近日，深圳市兰科植物保护研究中心科研人员在BMC Genomics在线发表了题为“Genome-wide identification and characterization of active ingredients related β-Glucosidases in Dendrobium catenatum”的研究论文，报道了β-糖苷水解酶BGLU家族基因参与铁皮石斛药用次生代谢产物生物合成。

鉴于铁皮石斛富含丰富的药用活性成分，以及BGLU在次生代谢活性成分合成中的重要调节作用，本文在铁皮石斛全基因组范围内鉴定到22个GH1-BGLU家族成员（DcBGLUs）。这些蛋白大都具有亲水性，可进一步分为四个亚家族，具有典型的BGLU结构域（A）。在大部分DcBGLU基因启动子区（16/22）含有茉莉酸JA响应元件，与JA常被用来刺激化合物合成的作用相吻合，暗示其在活性成分合成中的潜在功能（B）。进一步地，通过超量表达部分DcBGLU家族基因（BGLU2, 6, 8, 13）改变了石斛多糖、类黄酮和生物碱等活性成分积累水平（C），证明糖苷水解酶确实参与石斛药用成分生物合成。

该研究得到了深圳市基础研究专项（自然科学基金）和留深博士后科研资助的支持。