A biosynthetic network for protoberberine production in Coptis chinensis

生物 二恶英 苄基异喹啉 巴马汀 黄连 药根碱 异喹啉 小檗碱 立体化学 生物合成 生物化学 化学 替代医学 中医药 有机化学 病理 医学 烷基 卤素
作者
Linrui Wu,Binxin Zhao,Zixin Deng,Bin Wang,Zixin Deng
出处
期刊:Horticulture research [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1093/hr/uhad259
摘要

Abstract Protoberberine alkaloids are a group of tetracyclic isoquinoline compounds known for their well-established antimicrobial and anti-inflammatory properties. The richness and diversity of protoberberine alkaloids accumulated in the Coptis genus necessitate a comprehensive examination of the biosynthetic machinery to understand their ecological significance. Here, from Coptis chinensis we identified CcCYP719A1, which could install a methylenedioxy bridge on either ring A or ring D of the protoberberine backbone, thus diverging metabolite flux towards the biosynthesis of various protoberberine components. We also obtained CcCYP719A2 and CcCYP719A3, which underwent positive selection after diverging from CcCYP719A1 and maintained specific catalytic activity on ring D. Further, we resolved the biosynthetic pathway of jatrorrhizine by identifying two demethylases, which could also modulate protoberberine composition by removing the C-3 methyl group and methylenedioxy bridge of ring D, allowing demethylated metabolites to be redirected into different routes. Moreover, we characterized 2-O-methyltransferase CcOMT1 and flavin-dependent oxidase CcTHBO, respectively responsible for the commonly observed 2-O-methylation and aromatic ring-C assembly in protoberberine alkaloids. Overall, this study reveals an interconnected metabolite network from which diverse protoberberine alkaloids originate. It provides valuable insights into the existence of undiscovered protoberberine components, and paves the way for the targeted production of desired protoberberine components for potential therapeutic development.
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