Mechanistic basis for the emergence of EPS1 as a catalyst in salicylic acid biosynthesis of Brassicaceae

十字花科 水杨酸 拟南芥 生物 拟南芥 裂解酶 生物合成 生物化学 植物 突变体 基因
作者
Michael P. Torrens-Spence,Jason O. Matos,Tianjie Li,David W. Kastner,Colin Y. Kim,Ziqi Wang,Christopher M. Glinkerman,Jennifer Sherk,Heather J. Kulik,Yi Wang,Jing‐Ke Weng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54437-1
摘要

Salicylic acid (SA) production in Brassicaceae plants is uniquely accelerated from isochorismate by EPS1, a newly identified enzyme in the BAHD acyltransferase family. We present crystal structures of EPS1 from Arabidopsis thaliana in both its apo and substrate-analog-bound forms. Integrating microsecond-scale molecular dynamics simulations with quantum mechanical cluster modeling, we propose a pericyclic rearrangement lyase mechanism for EPS1. We further reconstitute the isochorismate-derived SA biosynthesis pathway in Saccharomyces cerevisiae, establishing an in vivo platform to examine the impact of active-site residues on EPS1 functionality. Moreover, stable transgenic expression of EPS1 in soybean increases basal SA levels, highlighting the enzyme's potential to enhance defense mechanisms in non-Brassicaceae plants lacking an EPS1 ortholog. Our findings illustrate the evolutionary adaptation of an ancestral enzyme's active site to enable a novel catalytic mechanism that boosts SA production in Brassicaceae plants. Torrens-Spence et al. reveal how plants in the cabbage family uniquely accelerate production of salicylic acid, a key defense hormone, through evolution of a specialized enzyme called EPS1. This finding could help enhance disease resistance in other crops.
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