Metabolite Diversity in Alkaloid Biosynthesis: A Multilane (Diastereomer) Highway for Camptothecin Synthesis in Camptotheca acuminata

喜树碱 生物 立体化学 生物合成 代谢物 非对映体 生物化学 生物碱 化学 植物
作者
Radin Sadre,Maria Magallanes‐Lundback,Sujana Pradhan,Vonny Salim,Alex Mesberg,A. Daniel Jones,Dean DellaPenna
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:28 (8): 1926-1944 被引量:124
标识
DOI:10.1105/tpc.16.00193
摘要

Camptothecin is a monoterpene indole alkaloid (MIA) used to produce semisynthetic antitumor drugs. We investigated camptothecin synthesis in Camptotheca acuminata by combining transcriptome and expression data with reverse genetics, biochemistry, and metabolite profiling. RNAi silencing of enzymes required for the indole and seco-iridoid (monoterpene) components identified transcriptional crosstalk coordinating their synthesis in roots. Metabolite profiling and labeling studies of wild-type and RNAi lines identified plausible intermediates for missing pathway steps and demonstrated nearly all camptothecin pathway intermediates are present as multiple isomers. Unlike previously characterized MIA-producing plants, C. acuminata does not synthesize 3-α(S)-strictosidine as its central MIA intermediate and instead uses an alternative seco-iridoid pathway that produces multiple isomers of strictosidinic acid. NMR analysis demonstrated that the two major strictosidinic acid isomers are (R) and (S) diastereomers at their glucosylated C21 positions. The presence of multiple diastereomers throughout the pathway is consistent with their use in synthesis before finally being resolved to a single camptothecin isomer after deglucosylation, much as a multilane highway allows parallel tracks to converge at a common destination. A model "diastereomer" pathway for camptothecin biosynthesis in C. acuminata is proposed that fundamentally differs from previously studied MIA pathways.
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