A sugar chain–dependent two-component chemical defense in Hedera helix reveals substrate-driven β-glucosidase evolution in Apiales

生物 生物化学 多元化(营销策略) 糖基转移酶 代谢途径 植物对草食的防御 食草动物 化学 化学生态学 皂甙 化学防御 适应性进化 基因组学 适应(眼睛) 共同进化 代谢工程 比较生物学
作者
Han Xiaoyang,Jie Yang,Deng Zixin,Yu Yi
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (19)
标识
DOI:10.1073/pnas.2533820123
摘要

Plants have evolved diverse chemical strategies to defend against herbivores and pathogens, yet the mechanisms underlying their origin and diversification remain unclear. Here, we identify a sugar chain–dependent triterpenoid saponin defense system in Hedera helix that exemplifies adaptive innovation in plant chemical defenses. Three glycosyltransferases sequentially assemble a glucose–glucose–rhamnose chain at the C-28 position of α-hederin to form the detoxified precursor hederacoside C. Upon tissue disruption, the β-glucosidase HhGH1 hydrolyzes the entire sugar chain, regenerating α-hederin, a potent hemolytic saponin. Reconstitution of this system in Nicotiana benthamiana conferred strong herbivore resistance, demonstrating its ecological functionality and portability. Intriguingly, comparative genomics and biochemical analysis revealed that β-glucosidases across Apiales diversified in response to triterpenoid glycosylation, illustrating how substrate-driven enzyme evolution and metabolic innovation together generate new adaptive defense strategies in plants.
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