Functional Characterization and Catalytic Activity Improvement of Borneol Acetyltransferase from Wurfbainia longiligularis

冰片 化学 催化作用 表征(材料科学) 乙酰转移酶 生物化学 立体化学 纳米技术 医学 材料科学 乙酰化 替代医学 病理 中医药 基因
作者
Yuanxia Chen,Tiantian Wang,Huilin Liang,Dongming Ma,Ruoting Zhan,Jinfen Yang,Peng Yang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (23): 13250-13261
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c02915
摘要

In plant secondary metabolite biosynthesis, acylation is a diverse physiological process, with BAHD acyltransferases playing an essential role. Borneol acetyltransferase (BAT) is an alcohol acetyltransferase, which catalyzes borneol and acetyl-CoA to synthesize bornyl acetate (BA). However, the enzymes involved in the biosynthesis of BA have so far only been characterized in Wurfbainia villosa, the studies on the WvBATs have only been conducted in vitro, and the catalytic activity was relatively low. In this research, three genes (WlBAT1, WlBAT2, and WlBAT3) have been identified to encode BATs that are capable of acetylating borneol to synthesize BA in vitro. We also determined that WlBAT1 has the highest catalytic efficiency for borneol-type substrates, including (+)-borneol, (−)-borneol, and isoborneol. Furthermore, we found that BATs could catalyze a wide range of substrate types in vitro, but in vivo, they exclusively catalyzed borneol-type substrates. Through molecular simulations and site-directed mutagenesis, it was revealed that residues D32, N36, H168, N297, N355, and H384 are crucial for the catalytic activity of WlBAT1, while the R382I-D385R double mutant of WlBAT1 exhibited an increasing acylation efficiency for borneol-type substrates in vitro and in vivo. These findings offer key genetic elements for the metabolic engineering of plants and synthetic biology to produce BA.
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