Key Glycosyltransferase Genes of Panax notoginseng: Identification and Engineering Yeast Construction of Rare Ginsenosides

三七 酵母 人参皂甙 糖基转移酶 化学 生物化学 糖苷 核苷酸糖 基因 代谢工程 立体化学 人参 医学 病理 替代医学
作者
Zhouqian Jiang,Haiyun Gao,Rong Liu,Meng Xia,Yun Lü,Jiadian Wang,Xianfeng Chen,Yifeng Zhang,Dan Li,Yuru Tong,Panting Liu,Yuan Liu,Yunfeng Luo,Jie Gao,Yong Yin,Lusheng Huang,Wei Gao
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (7): 2394-2404 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00094
摘要

Panax notoginseng is one of the most famous valuable medical plants in China, and its broad application in clinical treatment has an inseparable relationship with the active molecules, ginsenosides. Ginsenosides are glycoside compounds that have varied structures for the diverse sugar chain. Although extensive work has been done, there are still unknown steps in the biosynthetic pathway of ginsenosides. Here, we screened candidate glycosyltransferase genes based on the previous genome and transcriptome data of P. notoginseng and cloned the full length of 27 UGT genes successfully. Among them, we found that PnUGT33 could catalyze different ginsenoside substrates to produce higher polarity rare ginsenosides by extending the sugar chain. We further analyzed the enzymatic kinetics and predicted the catalytic mechanism of PnUGT33 by simulating molecular docking. After that, we reconstructed the biosynthetic pathway of rare ginsenoside Rg3 and gypenoside LXXV in yeast. By combining the Golden Gate method and overexpressing the UDPG biosynthetic genes, we further improved the yield of engineering yeast strain. Finally, the shake-flask culture yield of Rg3 reached 51 mg/L and the fed-batch fermentation yield of gypenoside LXXV reached 94.5 mg/L, which was the first and highest record.
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