新发现的有助于制造芹菜素的植物基因
草药芹菜和欧芹因其众多的健康益处而被人类广泛用于医药和保健目的。这些植物的药用可以追溯到古希腊人、埃及人和罗马人。尽管科学家尚未确定其主要活性化合物，但一些人认为“apiin”可能是其中之一。有一些证据表明，芹菜素(归类为类黄酮苷)已被证明对人类具有抗癌和抗焦虑特性。此外，与其他植物相比，芹菜和欧芹产生大量这种化合物。生物学家推测，芹菜素具有抗氧化、抗紫外线和驱虫作用，从而发挥重要的生物学和生态作用。
然而，为了确切地证明这些说法，我们需要找到一种方法来大量生产芹菜素。虽然科学家们已经鉴定出几乎所有参与芹菜素合成的酶的基因，但谜题的最后一块仍然缺失。芹菜基转移酶 (ApiT)(参与芹菜素生产最后一步的酶)的基因仍然未知。
在 2023 年 7 月 11 日发表在《植物生理学》杂志上的一项最新研究中，由日本立命馆大学的 Takeshi Ishimizu 教授领导的研究小组着手解决这一知识差距。他们进行了一系列实验来识别和分析芹菜(Apiumgravolens )中难以捉摸的ApiT。这项研究的结果将帮助我们开发生物合成芹菜素的有效方法。“这是植物中 ApiT 的首次鉴定，” Ishimizu教授强调说， “我们的研究结果将为在大肠杆菌等细菌生物体中生产 apiin 的生物技术平台铺平道路。”
使这项研究成为可能的最关键的事情之一是研究人员之前开发的一种方法，用于生产芹菜素合成中的关键分子：UDP-Apiose。ApiT 酶的作用是转移 UDP-Apiose 中的 apiose 残基，并在最后的修饰步骤中将其“附着”到不完整的 apiin 分子上。然而，这种化合物无法在商业上买到，因此研究人员想出了一种使用大体积正离子来分离和稳定它的方法。
首先，研究小组对芹菜进行了基因筛选分析，以寻找潜在的 ApiT 编码基因。他们将最初的搜索范围缩小到 ApiT 所属酶家族特有的基因，确定了 26 个潜在的候选基因。其中，其中一种候选物 UGT94AX1 的 mRNA 表达在芹菜叶中特别高，芹菜叶是芹菜素生产的主要位点。根据该候选基因的理化特征，研究人员确信他们走在正确的道路上。
为了证明 UGT94AX1 确实是ApiT基因，他们研究了它在叶子发育过程中的表达谱。他们发现 apiin 和 UGT94AX1 的表达水平大致一致。随后，研究人员使用转基因细菌培养物表达 UGT94AX1，并带有特殊的化学标签，使其易于溶解。他们将 UGT94AX1 编码的纯化蛋白与 UDP-Apiose 和 apiin 的最终前体一起孵育，发现该混合物产生了预期量的 apiin。这种检测apiosyltranerase活性的新方法消除了所有关于候选基因UGT94AX1确实是ApiT的疑虑。
值得注意的是，大量获取芹菜素不仅可以帮助我们了解其自然作用，还可以确定其对健康的益处和医疗应用。对此，石水教授评论道：“如果明确了芹菜素的功能，可能会导致农业中温和的驱虫剂、副作用较小的镇静剂和抗焦虑软饮料的开发。” ”
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