Norcoclaurine Synthase Is a Member of the Pathogenesis-Related 10/Bet v1 Protein Family

苄基异喹啉 罂粟 爸爸 生物 生物化学 分子生物学 生物合成 植物
作者
Eun‐Jeong Lee,Peter J. Facchini
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:22 (10): 3489-3503 被引量:130
标识
DOI:10.1105/tpc.110.077958
摘要

Abstract Norcoclaurine synthase (NCS) catalyzes the first committed step in the biosynthesis of benzylisoquinoline alkaloids (BIAs). NCS from Thalictrum flavum (Tf NCS), Papaver somniferum (Ps NCS1 and Ps NCS2), and Coptis japonica (Cj PR10A) share substantial identity with pathogen-related 10 (PR10) and Bet v1 proteins, whose functions are not well understood. A distinct enzyme (Cj NCS1) with similarity to 2-oxoglutarate–dependent dioxygenases was suggested as the bona fide NCS in C. japonica. Here, we validate the exclusive role of PR10/Bet v1-type NCS enzymes in BIA metabolism. Immunolocalization of Ps NCS2 revealed its cell type–specific occurrence in phloem sieve elements, which contain all other known BIA biosynthetic enzymes. In opium poppy, NCS transcripts and proteins were abundant in root and stem, but at low levels in leaf and carpel. Silencing of NCS in opium poppy profoundly reduced alkaloid levels compared with controls. Immunoprecipitation of NCS from total protein extracts of T. flavum cells resulted in a nearly complete attenuation of NCS activity. A Ps NCS2–green fluorescent protein fusion introduced by microprojectile bombardment into opium poppy cells initially localized to the endoplasmic reticulum but subsequently sorted to the vacuole. In our hands, Cj NCS1 did not catalyze the formation of (S)-norcoclaurine from dopamine and 4-hydroxyphenylacetaldehyde.
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