COSY catalyses trans–cis isomerization and lactonization in the biosynthesis of coumarins

香豆素 生物合成 异构化 化学 生物化学 立体化学 基因 有机化学 催化作用
作者
Ruben Vanholme,Lisa Sundin,Keletso Carol Seetso,Hoon Kim,Xinyu Liu,Jin Li,Barbara De Meester,Lennart Hoengenaert,Geert Goeminne,Kris Morreel,Jurgen Haustraete,Huei‐Hsuan Tsai,Wolfgang Schmidt,Bartel Vanholme,John Ralph,Wout Boerjan
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:5 (10): 1066-1075 被引量:107
标识
DOI:10.1038/s41477-019-0510-0
摘要

Coumarins, also known as 1,2-benzopyrones, comprise a large class of secondary metabolites that are ubiquitously found throughout the plant kingdom. In many plant species, coumarins are particularly important for iron acquisition and plant defence. Here, we show that COUMARIN SYNTHASE (COSY) is a key enzyme in the biosynthesis of coumarins. Arabidopsis thaliana cosy mutants have strongly reduced levels of coumarin and accumulate o-hydroxyphenylpropanoids instead. Accordingly, cosy mutants have reduced iron content and show growth defects when grown under conditions in which there is a limited availability of iron. Recombinant COSY is able to produce umbelliferone, esculetin and scopoletin from their respective o-hydroxycinnamoyl-CoA thioesters by two reaction steps—a trans–cis isomerization followed by a lactonization. This conversion happens partially spontaneously and is catalysed by light, which explains why the need for an enzyme for this conversion has been overlooked. The combined results show that COSY has an essential function in the biosynthesis of coumarins in organs that are shielded from light, such as roots. These findings provide routes to improving coumarin production in crops or by microbial fermentation. Coumarins are a large class of plant secondary metabolites in the phenylpropanoids family. Now, a novel enzyme, coumarin synthase, is shown to catalyse a key step of coumarin synthesis in Arabidopsis roots and regulate iron uptake in alkaline soils.
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