Molecular and biochemical evolution of casbene‐type diterpene and sesquiterpene biosynthesis in rice

生物 基因 生物合成 ATP合酶 水稻 亚科 生物化学 基因复制 基因家族 遗传学 基因组
作者
Shen Zhou,Chuansong Zhan,Jinjin Zhu,Chenkun Yang,Qiaoqiao Zhao,Yangyang Sun,Junjie Zhou,Shuangqian Shen,Jie Luo
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1111/jipb.13836
摘要

ABSTRACT Casbene and neocembrene are casbene‐type macrocyclic diterpenes; their derivatives play significant roles in plant defense and have pharmaceutical applications. We had previously characterized a casbene synthase, TERPENE SYNTHASE 28 (OsTPS28), in rice ( Oryza sativa ). However, the mechanism of neocembrene biosynthesis in rice remained unclear. In this study, we identified two genes of the TPS‐a1 subfamily, OsTPS2 and OsTPS10 , encoding a neocembrene synthase and sesquiterpene synthase, respectively, as supported by enzyme activity assays and determination of subcellular localization. Metabolic profiling of rice lines overexpressing either TPS confirmed the catalytic functions of OsTPS2 and OsTPS10 , and suggested that OsTPS10 enhances resistance to rice bacterial blight. An evolutionary analysis revealed that OsTPS10 is conserved in monocots and first appeared in wild rice, whereas OsTPS2 and OsTPS28 sequentially evolved through gene duplication, transit peptide recruitment, and mutation of key amino acids such as H362R. In summary, this study not only deepens our understanding of the metabolic pathways and evolutionary history governing the biosynthesis of casbene‐type diterpenoids in rice, representing parallel and divergent evolution within the gene family, and offers gene resources for the improvement of rice.
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