我学者揭示植物异戊二烯MEP合成途径中HDS酶关键功能残基

　　2019年12月27日，PNAS在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心肖友利研究组和美国加州大学河滨分校Katayoon Dehesh研究组题为 “Uncovering the functional residues of Arabidopsis isoprenoid biosynthesis enzyme HDS”的研究论文。在之前的研究中研究者发现在某些外界胁迫的影响下MEcPP在植物体内起到信号转导的作用，本研究以该信号分子为导向，研究者通过诱变筛选的方法鉴定了拟南芥MEP途径中关键酶HDS（又名IspG）（hydroxymethylbutenyl diphosphate synthase）的关键氨基酸功能残基，并详细阐释了HDS及其突变体在拟南芥体内及体外的功能活性。

　　类异戊二烯及其不同种类的萜类衍生物是生命各个领域中存在的最古老和最基本的天然产物之一，具有广泛的生物学功能，包括呼吸、生长和发育、繁殖、光合作用、防御和环境感知。在生物技术方面的应用包括药物、调味剂、芳香剂、燃料、燃料添加剂等物质的合成。细菌、植物和疟疾寄生虫利用MEP途径产生类异戊二烯，而动物则使用MVA途径。因此，MEP-途径中相关的酶已成为农业生物技术和医学上疾病治疗相关的靶点，并且在工业领域中成为大规模合成生物学生产萜类化合物所必须加强的上游途径。

　　在本研究中，结合分子遗传学、酶学、结构建模和分子对接以及代谢组学等技术方法，研究者鉴定到MEP途径中关键酶HDS的位于底物结合口袋和辅因子结合结构域的三个功能保守的氨基酸残基，并进行了体内外活性的测定。这一关键功能氨基酸残基的发现为MEP途径的基础和应用研究提供了新的方向。鉴定出的功能性残基对于类异戊二烯的合成工程很有价值，并将成为抗感染或者抗疟疾药物合理设计的目标。

　　加州大学河滨分校Katayoon Dehesh 研究组Jinzheng Wang（王进征）博士和中国科学院分子植物科学卓越创新中心合成生物学重点实验室雷永兴博士为本文共同第一作者。Katayoon Dehesh教授与肖友利研究员为该文章共同通讯作者。同时参与合作的还有加州大学Davis分校的Philipp Zerbe教授以及墨西哥国立自治大学的Patricia Leon教授。