Metabolome profiling and transcriptome analysis filling the early crucial missing steps of piperine biosynthesis in Piper nigrum L.

胡椒碱 生物 生物合成 代谢组 吹笛者 胡椒科 生物化学 哌啶 代谢途径 胡椒粉 代谢物 立体化学 化学 植物 有机化学 食品科学
作者
Y. F. Lv,Jinjin Zhu,Sihui Huang,Xiaoli Xing,Shen Zhou,Hui Yao,Zhuang Yang,Ling Liu,Sishu Huang,Yuanyuan Miao,Xianqing Liu,Alisdair R. Fernie,Yuanhao Ding,Jie Luo
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:117 (1): 107-120 被引量:13
标识
DOI:10.1111/tpj.16476
摘要

SUMMARY Black pepper ( Piper nigrum L.), the world renown as the King of Spices, is not only a flavorsome spice but also a traditional herb. Piperine, a species‐specific piper amide, is responsible for the major bioactivity and pungent flavor of black pepper. However, several key steps for the biosynthesis of piperoyl‐CoA (acyl‐donor) and piperidine (acyl‐acceptor), two direct precursors for piperine, remain unknown. In this study, we used guilt‐by‐association analysis of the combined metabolome and transcriptome, to identify two feruloyldiketide‐CoA synthases responsible for the production of the C5 side chain scaffold feruloyldiketide‐CoA intermediate, which is considered the first and important step to branch metabolic fluxes from phenylpropanoid pathway to piperine biosynthesis. In addition, we also identified the first two key enzymes for piperidine biosynthesis derived from lysine in P. nigrum , namely a lysine decarboxylase and a copper amine oxidase. These enzymes catalyze the production of cadaverine and 1‐piperideine, the precursors of piperidine. In vivo and in vitro experiments verified the catalytic capability of them. In conclusion, our findings revealed enigmatic key steps of piperine biosynthetic pathway and thus provide a powerful reference for dissecting the biosynthetic logic of other piper amides.
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