补骨脂(PsoraleacorylifoliaL.)为豆科一年生草本植物,分布在印度、缅甸及中国云南等地。补骨脂以果实入药,原在印度传统医学中用于治疗白癜风和牛皮癣,后引进中国,在中国已有数百年应用历史,具有温肾助阳、纳气平喘和温脾止泻的功效,外用可消风祛斑。补骨脂富含异戊烯基取代的酚类化合物,已分离鉴定的化合物中有22个香豆素、52个类黄酮和43个单萜酚类。近年药理学研究表明,补骨脂中的该类化合物具有抗癌、抗菌和神经保护等广泛且显著的药理活性。然而,这些酚类成分结合异戊烯基的生物合成途径仅有异戊烯基转移酶基因PcM4DT被鉴定,产物为一种微量成分(4-Dimethylallylmaackiain 和 Licoagrocarpin),需要更深入地研究其中的异戊烯基转移酶来解析补骨脂异戊烯基酚类化合物的生物合成途径。在本研究中,通过生物信息学方法从补骨脂转录组数据鉴定出UbiA异戊烯基转移酶超家族的候选基因并过滤掉少于300个氨基酸的序列,最终确定了 1 1条异戊烯基转移酶候选基因(PcPTs),命名为PcPT1～PcPT11。通过理化性质、进化树和表达谱分析,筛选到PcPT4、PcPT5、PcPT8、PcPT9和PcPT11共5条候选基因,最终成功克隆到PcPT4、PcPT8、PcPT9和PcPT11。将这4个基因转入酵母表达菌株,进行体外酶活检测。结果发现PcPT11具有异戊烯基转移酶催化活性,它能够利用23种底物发生异戊烯基化反应,包括22种类黄酮和1种香豆素,是目前在植物中发现可利用底物数量最多的异戊烯基转移酶。PcPT11可利用底物有鹰嘴豆芽素A(Biochanin A)、染料木素(Genistein)、2′-羟基染料木素(2′-Hydroxygenistein)、芹菜素(Apigenin)、木犀草素(Luteolin)、苜蓿素(Tricin)、异鼠李素(Isorhamnetin)、山奈酚(Kaempferol)、槲皮素(Quercetin)、山奈素(Kaempferide)、柽柳黄素(Tamarixetin)、高良姜素(Galangin)、紫铆因(Butein)、2′,4′,6′,3,4-五羟基查耳酮(2′,4′,6′,3,4-Pentahydroxychalcone)、刺甘草查耳酮(Echinatin)、异甘草素(Isoliquiritigenin)、柚皮素查耳酮(Naringenin chalcone)、柚皮素(Naringenin)、圣草酚(Eriodictyol)、甘草素(Liquiritigenin)、橙皮素(Hesperetin)、二氢山奈酚(Dihydrokaempferol)和考迈斯托醇(Coumestrol)。PcPT11具有高度空间位置专一性,催化底物C-6位的异戊烯基化反应,PcPT11对类黄酮的催化特性还包括:(1)更偏向于催化异黄酮和黄酮醇的异戊烯基化,如鹰嘴豆芽素A(转化率为86.18%)和槲皮素(转化率为78.48%);(2)B环的羟基化和O-甲基化对PcPT11的活性有影响;(3)5-OH的存在可能对PcPT11的酶活性很重要。PcPT11的酶功能研究解析了补骨脂中含量丰富的活性成分补骨脂甲素、补骨脂乙素、补骨脂定和WighteBMN 673临床试验one的生物合成Vorinostat说明书通路。转录组表达谱和qRT-PCR均显示PcPT11在果实和叶片中表达量高,亚细胞定位实验表Carcinoma hepatocellular明,GFP-PcPT11融合蛋白与已鉴定的异戊烯基转移酶类似,定位于叶绿体。本研究的创新性在于发现的PcPT11可能是形成补骨脂次生代谢物多样性的关键基因,多个活性成分如补骨脂甲素和补骨脂乙素的生物合成可能依赖于本基因的功能,其次PcPT11是植物UbiA超家族中第一个可对如此广泛的底物进行异戊烯基化的基因,酚类化合物的异戊烯基化可以增强化合物的亲脂性和与生物膜的亲和力,因此可使得修饰后的化合物活性增强,或产生新的活性。因此本基因的发现在合成多种异戊烯基化合物方面具有巨大的潜力。