Integrated evolutionary pattern analyses reveal multiple origins of steroidal saponins in plants

生物 皂甙 非生物成分 植物 进化生物学 生态学 医学 替代医学 病理
作者
Yi Li,Zihao Li,Furui Zhang,Song Li,GU Yong-bing,Weijun Tian,Weirong Tian,Jianbo Wang,Jun Wen,Jiaru Li
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:116 (3): 823-839 被引量:15
标识
DOI:10.1111/tpj.16411
摘要

Steroidal saponins are a class of specialized metabolites essential for plant's response to biotic and abiotic stresses. They are also important raw materials for the industrial production of steroid drugs. Steroidal saponins are present in some monocots, such as Dioscorea and Paris, but their distribution, origin, and evolution in plants remain poorly understood. By reconstructing the evolutionary history of the steroidal saponin-associated module (SSAM) in plants, we reveal that the steroidal saponin pathway has its origin in Asparagus and Dioscorea. Through evaluating the distribution and evolutionary pattern of steroidal saponins in angiosperms, we further show that steroidal saponins originated multiple times in angiosperms, and exist in early diverged lineages of certain monocot lineages including Asparagales, Dioscoreales, and Liliales. In these lineages, steroidal saponins are synthesized through the high copy and/or high expression mechanisms of key genes in SSAM. Together with shifts in gene evolutionary rates and amino acid usage, these molecular mechanisms shape the current distribution and diversity of steroidal saponins in plants. Consequently, our results provide new insights into the distribution, diversity and evolutionary history of steroidal saponins in plants, and enhance our understanding of plants' resistance to abiotic and biotic stresses. Additionally, fundamental understanding of the steroidal saponin biosynthesis will facilitate their industrial production and pharmacological applications.
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