研究揭示二萜糖基轉移酶SrUGT76G1的催化機制

9月28日，Plant Communications 在線發表了中國科學院分子植物科學**創新中心王勇研究組與張鵬研究組的合作研究成果“Structural Insights into the Catalytic Mechanism of a Plant Diterpene Glycosyltransferase SrUGT76G1”。該研究詳細闡釋了二萜類化合物糖基轉移酶SrUGT76G1的底物識別與催化的分子機制。

糖基轉移酶介導的天然產物糖基化是次生代謝產物生物合成中最廣泛存在的一種修飾方式，也是植物細胞維持代謝平衡的主要機制之一，決定了次級代謝產物的水溶性、生物活性、穩定性、毒性、運輸性及亞細胞定位等。迄今為止，人們對這類糖基轉移酶的底物識別專一性和產物生成特異性的分子機制仍知之甚少。

在本項工作中，作者對甜葉菊來源的具有廣泛底物催化活性的二萜糖基轉移酶SrUGT76G1進行了蛋白結構與催化機制的研究，發現該酶能識別多種二萜及其他小分子化合物生成相應的糖基化產物。作者獲得了SrUGT76G1與四種不同底物的復合物的晶體結構，發現SrUGT76G1之所以能夠識別多種不同的底物，在于其寬大的糖基受體結合口袋，這與已知的黃酮或水楊酸糖基轉移酶具有明顯的不同。進一步的研究發現，Gly87與Leu204是決定SrUGT76G1底物識別特異性的關鍵殘基，突變可實現二萜糖基轉移酶對底物的識別的轉換，即由二萜轉換為黃酮。研究同時發現，Thr284是決定底物識別專一性與產物特異性的關鍵位點。基于此，作者成功地實現了以萊寶迪苷D（RebD）為底物高效合成稀有的高倍甜味劑萊寶迪苷M（RebM），降低了該酶對底物萊寶迪苷A（RebA）的識別，大大減少了副產物萊寶迪苷I（RebI）的生成。該研究工作揭示了二萜糖基轉移酶底物識別與催化的分子機制，為通過糖基化工程合成更多結構和功能多樣性的天然或非天然糖基化產物奠定了分子基礎。該研究也提供了一種高效便捷的方式，可通過合成生物技術大規模制造RebM等植物中稀有的二萜糖苷類化合物，目前該技術已成功實現了工業化推廣。