Characterization of Sr UGT76G4 reveals a key residue for regioselectivity and efficient Reb M synthesis

甜菊醇 雷巴迪甙A 区域选择性 甜蜜 甜菊苷 甜叶菊 残留物(化学) 糖基化 糖苷 化学 立体化学 生物化学 食品科学 催化作用 替代医学 病理 医学
作者
Yu Wang,Tang Li,Yanyan Zheng,Chao Guo,Kuikui Li,Xiaochen Jia,Liping Zhu,Kecai Chen,Heng Yin
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:122 (38): e2504698122-e2504698122
标识
DOI:10.1073/pnas.2504698122
摘要

Steviol glycosides (SGs) from Stevia rebaudiana are prized as noncaloric sweeteners, with rebaudioside M (Reb M)—a next-generation SG known for its sucrose-like sweetness and lack of off-tastes—standing out for its superior sensory profile. However, Reb M’s limited natural abundance impedes its commercial production. Here, we report the identification of a glucosyltransferase, UGT76G4 that efficiently catalyzes the conversion of Reb D to Reb M with a strong preference for C19 glycosylation. Structural and functional analyses, including X-ray crystallography, molecular dynamics simulations, and mutagenesis, revealed key residues in UGT76G4 that dictate its regioselectivity, with residue 200 playing a pivotal role. Engineered UGT76G4 variants, including Q199I/G200Y and H155S/Q199I/G200Y, enhanced Reb E and Reb D conversion efficiency by 1.46-fold and 23-fold, respectively, compared to UGT76G1. The engineered variants offer a promising pathway for increasing Reb M production, advancing biotechnological strategies for steviol glycoside biosynthesis and optimizing plant metabolic engineering approaches. Our findings deepen the understanding of SG biosynthesis and provide a basis for sustainable production of high-value sweeteners.
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