Full-length transcriptome and metabolite analysis reveal reticuline epimerase-independent pathways for benzylisoquinoline alkaloids biosynthesis in Sinomenium acutum

苄基异喹啉 青藤碱 转录组 小桶 生物 生物合成 药理学 基因 生物化学 基因表达
作者
Yufan Yang,Ying Sun,Zhaoxin Wang,Maojing Yin,Run-Ze Sun,Lu Xue,Xueshuang Huang,Chunhua Wang,Xiaohui Yan
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media]
卷期号:13 被引量:4
标识
DOI:10.3389/fpls.2022.1086335
摘要

Benzylisoquinoline alkaloids (BIAs) are a large family of plant natural products with important pharmaceutical applications. Sinomenium acutum is a medicinal plant from the Menispermaceae family and has been used to treat rheumatoid arthritis for hundreds of years. Sinomenium acutum contains more than 50 BIAs, and sinomenine is a representative BIA from this plant. Sinomenine was found to have preventive and curative effects on opioid dependence. Despite the broad applications of S. acutum, investigation on the biosynthetic pathways of BIAs from S. acutum is limited. In this study, we comprehensively analyzed the transcriptome data and BIAs in the root, stem, leaf, and seed of S. acutum. Metabolic analysis showed a noticeable difference in BIA contents in different tissues. Based on the study of the full-length transcriptome, differentially expressed genes, and weighted gene co-expression network, we proposed the biosynthetic pathways for a few BIAs from S. acutum, such as sinomenine, magnoflorine, and tetrahydropalmatine, and screened candidate genes involved in these biosynthesis processes. Notably, the reticuline epimerase (REPI/STORR), which converts (S)-reticuline to (R)-reticuline and plays an essential role in morphine and codeine biosynthesis, was not found in the transcriptome data of S. acutum. Our results shed light on the biogenesis of the BIAs in S. acutum and may pave the way for the future development of this important medicinal plant.
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