Functional characterization and key residues engineering of a regiopromiscuity O-methyltransferase involved in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in Nelumbo nucifera

苄基异喹啉 生物 生物合成 O-甲基转移酶 莲藕 生物化学 立体化学 阿扑啡 甲基转移酶 莲花 生物碱 植物 化学 甲基化 基因
作者
Yuetong Yu,Yan Liu,Gangqiang Dong,Jinzhu Jiang,Liang Leng,XianJu Liu,Jun Zhang,An Liu,Sha Chen
出处
期刊:Horticulture research [Springer Nature]
卷期号:10 (2): uhac276-uhac276 被引量:13
标识
DOI:10.1093/hr/uhac276
摘要

Abstract Lotus (Nelumbo nucifera), an ancient aquatic plant, possesses a unique pharmacological activity that is primarily contributed by benzylisoquinoline alkaloids (BIAs). However, only few genes and enzymes involved in BIA biosynthesis in N. nucifera have been isolated and characterized. In the present study we identified the regiopromiscuity of an O-methyltransferase, designated NnOMT6, isolated from N. nucifera; NnOMT6 was found to catalyze the methylation of monobenzylisoquinoline 6-O/7-O, aporphine skeleton 6-O, phenylpropanoid 3-O, and protoberberine 2-O. We further probed the key residues affecting NnOMT6 activity via molecular docking and molecular dynamics simulation. Verification using site-directed mutagenesis revealed that residues D316, N130, L135, N176A, D269, and E328 were critical for BIA O-methyltransferase activities; furthermore, N323A, a mutant of NnOMT6, demonstrated a substantial increase in catalytic efficiency for BIAs and a broader acceptor scope compared with wild-type NnOMT6. To the best of our knowledge, this is the first study to report the O-methyltransferase activity of an aporphine skeleton without benzyl moiety substitutions in N. nucifera. The study findings provide biocatalysts for the semisynthesis of related medical compounds and give insights into protein engineering to strengthen O-methyltransferase activity in plants.
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