An improvedNicotiana benthamianabioproduction chassis provides novel insights into nicotine biosynthesis

烟草 尼古丁 生物合成 生物化学 突变体 生物生产 去甲烟碱 生物 化学 基因 神经科学
作者
Katharina Vollheyde,Quentin M. Dudley,Ting Yang,Mehmet Tufan Öz,Davide Mancinotti,Mariano Olivera Fedi,Darren Heavens,Gareth Linsmith,Monika Chhetry,Mark A. Smedley,W. A Harwood,David Swarbreck,Fernando Geu‐Flores,Nicola J. Patron
标识
DOI:10.1101/2023.03.06.531326
摘要

Abstract The model plant Nicotiana benthamiana is an increasingly attractive organism for the production of high-value, biologically active molecules. However, N. benthamiana accumulates high levels of pyridine alkaloids, in particular nicotine, which complicates the downstream purification processes. Here, we report the assembly of an improved N. benthamiana genome as well as the generation of low-nicotine lines by CRISPR/Cas9-based inactivation of berberine bridge enzyme-like proteins (BBLs). Triple as well as quintuple mutants accumulated 3-4 times less nicotine than the respective control lines. The availability of lines without functional BBLs allowed us to probe their catalytic role in nicotine biosynthesis, which has remained obscure. Notably, chiral analysis revealed that the enantiomeric purity of nicotine was fully lost in the quintuple mutants. In addition, precursor feeding experiments showed that these mutants cannot facilitate the specific loss of C6 hydrogen that characterizes natural nicotine biosynthesis. Our work delivers an improved N. benthamiana chassis for bioproduction and opens the possibility that BBLs are the sought-after coupling enzymes in nicotine biosynthesis.

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