Functional characterization of a Flavonol 3-O-rhamnosyltransferase and two UDP-rhamnose synthases from Hypericum monogynum

化学 鼠李糖 槲皮素 山奈酚 杨梅素 生物化学 立体化学 槲皮素 多糖 抗氧化剂
作者
Shuai Zhang,Yingying Wang,Zhirong Cui,Qianqian Li,Lingyi Kong,Jun Luo
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:197: 107643-107643 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2023.107643
摘要

Rhamnosyltransferase (RT) and rhamnose synthase (Rhs) are the key enzymes that are responsible for the biosynthesis of rhamnosides and UDP-l-rhamnose (UDP-Rha) in plants, respectively. How to discover such enzymes efficiently for use is still a problem to be solved. Here, we identified HmF3RT, HmRhs1, and HmRhs2 from Hypericum monogynum, which is abundant in flavonol rhamnosides, with the help of a full-length and high throughput transcriptome sequencing platform. HmF3RT could regiospecifically transfer the rhamnose moiety of UDP-Rha onto the 3-OH position of flavonols and has weakly catalytic for UDP-xylose (UDP-Xyl) and UDP-glucose (UDP-Glc). HmF3RT showed well quercetin substrate affinity and high catalytic efficiency with Km of 5.14 μM and kcat/Km of 2.21 × 105 S-1 M-1, respectively. Docking, dynamic simulation, and mutagenesis studies revealed that V129, D372, and N373 are critical residues for the activity and sugar donor recognition of HmF3RT, mutant V129A, and V129T greatly enhance the conversion rate of catalytic flavonol glucosides. HmRhs1 and HmRhs2 convert UDP-Glc to UDP-Rha, which could be further used by HmF3RT. The HmF3RT and HmRhs1 co-expressed strain RTS1 could produce quercetin 3-O-rhamnoside (quercitrin), kaempferol 3-O-rhamnoside (afzelin), and myricetin 3-O-rhamnoside (myricitrin) at yields of 85.1, 110.7, and 77.6 mg L-1, respectively. It would provide a valuable reference for establishing a better and more efficient biocatalyst for preparing bioactive flavonol rhamnosides by identifying HmF3RT and HmRhs.
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