Complete pathway elucidation of echinacoside in Cistanche tubulosa and de novo biosynthesis of phenylethanoid glycosides

苯乙醇 生物合成 糖苷 化学 生物化学 生物 立体化学
作者
Wenqian Huang,Yaru Yan,Weisheng Tian,Xiaoxue Cui,Yingxia Wang,Yuelin Song,Ting Mo,Xiping Xu,Suwen Zhao,Yuyu Liu,Xiaohui Wang,Juan Wang,Yong Jiang,Jun Li,Shepo Shi,Xiao Liu,Pengfei Tu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56243-9
摘要

Echinacoside (ECH), one of the most representative phenylethanoid glycosides (PhGs), has considerable neuroprotective effects and is an effective ingredient in numerous commercial drugs. Here, we elucidate the complete ECH biosynthetic pathway in the medicinal plant Cistanche tubulosa. In total, 14 related genes are cloned and functionally characterized. Two upstream pathways for tyrosol biosynthesis from L-tyrosine are identified: one includes separate decarboxylation, deamination and reduction steps; the other uses microbial-like transamination, decarboxylation and reduction steps. In addition, a distinct downstream assembly process from tyrosol to ECH is revealed that includes sequential glucosylation, acylation, hydroxylation, and rhamnosylation to form acteoside, and ends with a final glucosylation converting acteoside to ECH. Furthermore, the de novo synthesis of 23 PhG derivatives is achieved via the heterologous expression of different combinations of the functional genes in tobacco. Our findings provide insights into the biosynthesis of ECH and a platform for alternative production of complex PhGs. Echinacoside (ECH) is the representative phenylethanoid glycosides (PhGs) that are responsible for the bioactivities of traditional Chinese medicine Cistanche Herba. Here, the authors elucidate the biosynthetic pathway of ECH in Cistanche tubulosa and synthesize 23 PhGs in tobacco.
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