苯丙氨酸氨裂解酶作为芸香苷富集的分子驱动因素：来自荞麦中克隆和定位研究的证据

《The Nucleus》：Phenylalanine ammonia lyase as a molecular driver of rutin enrichment: evidence from cloning and localization studies in buckwheat

Rutin合成关键酶PAL基因多态性与定位研究为荞麦功能育种提供新依据。该基因在超高产种质中存在SNPs和特异39aa插入，通过YFP标记发现其主定位在细胞质，偶现膜边界动态分布，揭示结构变异与亚细胞定位协同提升芦丁生物合成机制，支撑代谢工程与分子标记辅助育种应用。

　　

摘要

rutin是一种具有强抗氧化、抗糖尿病和心脏保护作用的生物活性黄酮类化合物，它在荞麦（Fagopyrum sp.）中通过由苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）启动的苯丙烷类途径合成。在这项研究中，利用Gateway克隆系统从高rutin含量的鞑靼荞麦基因型BWZ-90（种子胚乳中的rutin含量为1403.22 ppm）中克隆出了PAL基因。序列分析发现存在多个单核苷酸多态性（SNPs）以及一个在低rutin含量的基因型中缺失的独特39个氨基酸插入序列，这表明这种结构差异可能是导致其催化效率提高和黄酮类化合物生物合成增强的原因。将克隆得到的PAL基因与黄色荧光蛋白（YFP）标签融合后，将其在Nicotiana benthamiana中短暂表达，以确定其亚细胞定位。通过对在Nicotiana benthamiana中短暂表达的YFP标记PAL融合蛋白进行共聚焦显微镜分析，发现PAL主要位于细胞质中，这与先前关于苯丙烷类酶的研究结果一致。除了在细胞质中的分布外，偶尔还在细胞边缘观察到荧光信号，这表明PAL可能与膜结构有短暂或外围的相互作用。这些发现表明，尽管PAL主要在可溶性组分中发挥作用，但不能排除其与膜相关组分之间存在动态的空间相互作用。总体而言，这些结果揭示了PAL的结构变异及其亚细胞行为与rutin积累增加之间的关系，为代谢工程和利用标记辅助培育富含营养保健成分的荞麦品种提供了宝贵见解。本文符合联合国可持续发展议程中的SDG 15（陆地生命）目标。