薬用植物Fontainea picrosperma (Euphorbiaceae)のトランスクリプトーム解析により、保存された生合成経路が明らかになった

Transcriptome analysis of the medicinally significant plant Fontainea picrosperma (Euphorbiaceae) reveals conserved biosynthetic pathways.

• Shahida A Mitu
• Scott F Cummins
• Paul W Reddell
• Steven M Ogbourne

抄録

ユーフォルビア科（Euphorbiaceae）は大規模で多様なハーブ、低木、樹木の科であり、その中には食料、医薬品、原材料の供給源として経済的に重要な種が数多く含まれている。この科の一つであるFontainea picrospermaは、犬の肥満細胞腫瘍の治療薬として最近承認された天然物のジテルペンエステルチジラノールチグラートの原料植物である。ここでは、F. picrospermaの根と葉の組織から、コアとなるジテルペン生合成遺伝子を含む参照トランスクリプトームの開発を報告する。GC(グアニン-シトシン)含量が41%以下の167,566個のコンティグにアセンブルするために、合計12Gbのクリーンリードが生成された。遺伝子オントロジーの結果、葉と根の組織の代謝過程のカテゴリーでは、それぞれ2286個と2504個の転写産物が濃縮され、2369個と2529個の転写産物が濃縮されていることがわかった。参照トランスクリプトームには、メバロネート（MVA）経路内のジテルペン生合成経路および2-C-メチル-D-エリスリトール4-リン酸（MEP）経路を含む、一般的な二次代謝物生合成経路に関与するコア酵素をコードする遺伝子が含まれている。これらの遺伝子を用いて系統解析を行ったところ、F. picrospermaはJatropha curcasに最も近い系統であることがわかった。このことは、MVA（6 遺伝子）および MEP（7 遺伝子）経路に関連する酵素の遺伝子発現が高いことと相関しており、チジラノールチグラート生合成の初期段階は主に F. picrosperma の根で発生しているのではないかと考えられた。本研究は、F. picrosperma とジテルペン生合成、特にチジラノールチグラートと関連する大環状ジテルペンの遺伝子関連バイオディスカバリー研究のためのリソースを提供するものである。

Euphorbiaceae is a large and diverse family of herbs, shrubs and trees that includes a number of species of considerable economic importance as sources of food, medicines and raw materials. One member of this family, Fontainea picrosperma, is the source plant for the diterpene ester tigilanol tiglate, a natural product recently approved as a treatment for canine mast cell tumours. Here we report the development of reference transcriptomes from root and leaf tissues of F. picrosperma, which include core diterpene biosynthesis genes. A total of ~12 Gb of combined clean reads were generated for assembly into 167,566 contigs with a GC (guanine-cytosine) content of ~41%. Gene ontology showed that 2286 and 2504 transcripts were enriched in the cellular process and 2369 and 2529 transcripts were enriched in the metabolic process categories in leaf and root tissue, respectively. The reference transcriptome contains genes coding for core enzymes involved in common secondary metabolite biosynthetic pathways, including the diterpene biosynthesis pathway within the mevalonate (MVA) and 2-C-methyl-D-erythritol 4- phosphate (MEP) pathways. A phylogenetic analysis using these genes found that F. picrosperma clustered most closely to Jatropha curcas. We found a significantly higher concentration of tigilanol tiglate in F. picrosperma root tissue, which correlated with higher levels of gene expression for enzymes associated with the MVA (6 genes) and MEP (7 genes) pathways, and we hypothesise that the initial stages of tigilanol tiglate biosynthesis occur primarily in the roots of F. picrosperma. This study provides a resource for future gene-related biodiscovery investigations in F. picrosperma and diterpene biosynthesis, in particular for tigilanol tiglate and related macrocyclic diterpenes.

Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.