Duplicated CYP71D enzymes promote metabolic innovation through regiospecific oxidation at a sesquiterpenoid biosynthetic locus in Medicago truncatula

截形苜蓿 生物 生物化学 萜烯 异源表达 基因座(遗传学) 倍半萜 茉莉酸甲酯 苯丙素 代谢途径 生物合成 基因复制 细胞色素P450 苄基异喹啉 同工酶 天冬酰胺 化学 基因 醇脱氢酶 萜类 化学型 遗传学 代谢工程 ATP合酶 异构酶 新陈代谢
作者
Jessie A. Dorff,Priyanka Gupta,Fu‐Shuang Li,Jing‐Ke Weng,Sibongile Mafu
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:: 111725-111725
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2026.111725
摘要

Sesquiterpenoid chemical diversity is frequently generated through cytochrome P450 (CYP)-mediated oxidation of terpene scaffolds. In Medicago truncatula , the sesquiterpene alcohol himachalol, produced by the terpene synthase MtTPS10, has been implicated in pathogen defense, yet the enzymes responsible for its downstream modification remain undefined. Here, we characterize a compact locus containing two sesquiterpene synthases and three CYP71D genes. Using heterologous expression, we show that two duplicated CYP71D enzymes catalyze regiospecific oxidations of himachalol. CYP71D81 hydroxylates the C4 position to produce himachal-2-en-4α,7β-diol, whereas CYP71D82 oxidizes C15 to generate 7β-hydroxyhimachal-2-en-15-al. Phylogenetic analysis indicates that these enzymes arose through duplication followed by functional divergence. Consistent with a shared role in stress-responsive metabolism, MtTPS10 , CYP71D81 , and CYP71D82 exhibit coordinated induction following methyl jasmonate and salicylic acid treatment. Together, these findings identify oxidative tailoring enzymes associated with MtTPS10-derived metabolism and demonstrate how duplication within a TPS-CYP locus promotes metabolic innovation by generating structurally distinct sesquiterpenoids from a common precursor.
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