[发明专利]拟南芥UGT74F2在催化苯乳酸合成苯乳酰葡萄糖中的应用

说明书

本发明公开了拟南芥UGT74F2在催化苯乳酸发生糖基转移反应合成苯乳酰葡萄糖中的应用，经研究发现来源于拟南芥的UGT74F2能催化苯乳酸合成苯乳酰葡萄糖，且催化活性高于目前已报道的用于托品烷生物碱合成的AbUGT1，可用于托品烷生物碱代谢工程提高生物碱含量，拓宽了UGT74F2的应用价值，对药用TA代谢工程和合成生物学都具有非常重要的意义具有重要意义。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及拟南芥UGT74F2在催化苯乳酸发生糖基转移反应合成苯乳酰葡萄糖中的应用。

背景技术

托品烷生物碱(Tropane Alkaloid，TA)是一类作用于副交感神经的抗胆碱药物。其代表性药物莨菪碱、东莨菪碱及其衍生物已广泛用于麻醉剂、治疗帕金森、因平滑肌痉挛引起的多种脏器绞痛和哮喘等方面，市场需求巨大。目前托品烷生物碱仍完全依赖于从少数茄科药用植物中提取，包括颠茄(Atropa belladonna)、曼陀罗(Datura stramonium)和莨菪(Hyoscyamus niger)。颠茄是《中国药典》收录并规定的用于生产莨菪碱和东莨菪碱的商业栽培药源植物。野生颠茄植株中莨菪碱质量分数为0.02％～0.17％(干重)，东莨菪碱含量仅为干重的0.01％～0.08％。因此，培育托品烷生物碱高产药用植物一直是该行业长期追求的目标。随着酵母工程化平台的建立和合成生物学的发展，为解决市场上托品烷生物碱资源短缺提供了一种可能的策略。但目前托品烷生物碱全合成酵母菌株中，莨菪碱产量最高为80μg.L^-1，东莨菪碱产量最高为30μg.L^-1，远低于商业生产需求(PrashanthSrinivasan1Christina D.Smolke.Biosynthesis of medicinal tropane alkaloids inyeast.Nature.2020)。

托品烷生物碱生物合成起始于鸟氨酸代谢和苯丙氨酸代谢。鸟氨酸经多步酶促反应合成合成托品(Tropine)。苯丙氨酸经多步酶促反应合成苯乳酸(Phenyllactate)，苯乳酸经苯乳酸葡萄糖基转移酶(phenyllactate UDP-glycosyltransferase，UGT1)催化发生糖基转移反应合成苯乳酰葡萄糖(Phenyllactylglucose)。托品和苯乳酰葡萄糖在海螺碱合成酶(littorine synthase，LS)的作用下发生酯化反应合成海螺碱(Littorine)。海螺碱再经多步酶促反应合成莨菪碱(Hyoscyamine)、山莨菪碱(Anisodamine)和东莨菪碱(Scopolamine)。

尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UDP-glucuronosyltransferase，UGT)催化葡萄糖基转移反应，将糖基从活化的供体分子尿苷二磷酸葡萄糖(Uridine diphosphate glucose，UDPG)转移到受体分子上。UGT介导的天然产物糖基化是次生代谢产物生物合成中广泛存在的一种修饰方式，也是最重要的生物化学反应之一。UGT基因家族具有高度多态性，家族成员数量众多，底物口袋的多样性让UGT家族成员形成不同的功能分化。前期的研究发现，已报道的颠茄AbUGT1催化活性非常弱，因此无论在TA药源植物体内还是TA从头合成酵母中，苯乳酰葡萄糖的合成都是极其关键的限速步骤，苯乳酰葡萄糖供应不足严重限制了下游莨菪碱和东莨菪碱的积累(Prashanth Srinivasan1Christina D.Smolke.Biosynthesis ofmedicinal tropane alkaloids in yeast.Nature.2020)。因此，筛选一个高活性的苯乳酸葡萄糖基转移酶对于药用TA代谢工程和合成生物学都具有非常重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种拟南芥UGT74F2在催化苯乳酸发生糖基转移反应合成苯乳酰葡萄糖中的应用；本发明的目的之二在于提供拟南芥UGT74F2在提高茄科TAs资源植物中托品烷生物碱含量中的应用；本发明的目的之三在于提供提高茄科TAs资源植物托品烷生物碱含量的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：