Directed Evolution of the UDP-Glycosyltransferase UGTBL1 for Highly Regioselective and Efficient Biosynthesis of Natural Phenolic Glycosides

区域选择性 糖基化 糖基转移酶 糖苷 化学 天麻素 生物催化 定向进化 生物化学 立体化学 突变体 催化作用 基因 离子液体 色谱法
作者
Chenhao Zhang,Yongchao Cai,Z. Zhang,Nan Zheng,Huimin Zhou,Yumeng Su,Shuang Du,Asif Hussain,Xiaole Xia
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (3): 1640-1650 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c07850
摘要

The O-glycosylation of polyphenols for the synthesis of glycosides has garnered substantial attention in food research applications. However, the practical utility of UDP-glycosyltransferases (UGTs) is significantly hindered by their low catalytic efficiency and suboptimal regioselectivity. The concurrent optimization of the regioselectivity and activity during the glycosylation of polyphenols presents a formidable challenge. Here, we addressed the long-standing activity-regioselectivity tradeoff in glycosyltransferase UGTBL1 through systematic enzyme engineering. The optimal combination of mutants, N61S/I62M/D63W/A208R/P218W/R282W (SMWRW1W2), yielded a 6.1-fold improvement in relative activity and a 17.3-fold increase in the ratio of gastrodin to para-hydroxybenzyl alcohol-4'-O-β-glucoside (with 89.5% regioselectivity for gastrodin) compared to those of the wild-type enzyme and ultimately allowed gram-scale production of gastrodin (1,066.2 mg/L) using whole-cell biocatalysis. In addition, variant SMWRW1W2 exhibited a preference for producing phenolic glycosides from several substrates. This study lays the foundation for the engineering of additional UGTs and the practical applications of UGTs in regioselective retrofitting.
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