Phylogenomics and metabolic engineering reveal a conserved gene cluster in Solanaceae plants for withanolide biosynthesis

系统基因组学 含烷醇 基因簇 代谢工程 基因 生物 计算生物学 茄科 生物合成 星团(航天器) 系统发育学 遗传学 医学 计算机科学 病理 程序设计语言 替代医学 克莱德 索马里风
作者
Samuel Edward Hakim,Nancy Choudhary,Karan Malhotra,Peng Jian,Arne Bültemeier,Ahmed Arafa,Ronja Friedhoff,Maximilian Bauer,Jessica Eikenberg,Claus‐Peter Witte,Marco Herde,Philipp Heretsch,Boas Pucker,Jakob Franke
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1): 6367-6367 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61686-1
摘要

Abstract Withanolides are steroidal lactones from nightshade (Solanaceae) plants with untapped drug potential due to limited availability of minor representatives caused by lack of biosynthetic pathway knowledge. Here, we combine phylogenomics with metabolic engineering to overcome this limitation. By sequencing the genome of the medicinal plant ashwagandha ( Withania somnifera ) and comparing it with nine Solanaceae species, we discover a conserved withanolide biosynthesis gene cluster, consisting of two sub gene clusters with differing expression patterns. We establish metabolic engineering platforms in yeast ( Saccharomyces cerevisiae ) and the model plant Nicotiana benthamiana to reconstitute the first five oxidations of withanolide biosynthesis, catalysed by the cytochrome P450 monooxygenases CYP87G1, CYP88C7, and CYP749B2 and a short-chain dehydrogenase/reductase, producing the aglycone of withanoside V. Enzyme functions are conserved within both sub gene clusters in W. somnifera and between W. somnifera and Physalis pruinosa . Our work sets the basis for biotechnological withanolide production to unlock their pharmaceutical potential.
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