Promiscuous CYP87A enzyme activity initiates cardenolide biosynthesis in plants

腰果内酯 孕烯醇酮 生物 拟南芥 生物化学 植物 类固醇 糖苷 基因 激素 突变体
作者
Maritta Kunert,Chloe Langley,Rosalind Lucier,Kerstin Ploss,Carlos E. Rodríguez López,Delia Ayled Serna Guerrero,Eva Rothe,Sarah E. O’Connor,Prashant D. Sonawane
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:9 (10): 1607-1617 被引量:33
标识
DOI:10.1038/s41477-023-01515-9
摘要

Abstract Cardenolides are specialized, steroidal metabolites produced in a wide array of plant families 1,2 . Cardenolides play protective roles in plants, but these molecules, including digoxin from foxglove ( Digitalis spp.), are better known for treatment of congenital heart failure, atrial arrhythmia, various cancers and other chronic diseases 3–9 . However, it is still unknown how plants synthesize ‘high-value’, complex cardenolide structures from, presumably, a sterol precursor. Here we identify two cytochrome P450, family 87, subfamily A (CYP87A) enzymes that act on both cholesterol and phytosterols (campesterol and β-sitosterol) to form pregnenolone, the first committed step in cardenolide biosynthesis in the two phylogenetically distant plants Digitalis purpurea and Calotropis procera . Arabidopsis plants overexpressing these CYP87A enzymes ectopically accumulated pregnenolone, whereas silencing of CYP87A in D. purpurea leaves by RNA interference resulted in substantial reduction of pregnenolone and cardenolides. Our work uncovers the key entry point to the cardenolide pathway, and expands the toolbox for sustainable production of high-value plant steroids via synthetic biology.
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