茶植物におけるガロイル化カテキンの生合成に関与する酵素の進化と特徴付けのためのセリンカルボキシペプチダーゼ様アシルトランスフェラーゼ遺伝子ファミリーのゲノムワイド解析()

Genome-Wide Analysis of Serine Carboxypeptidase-Like Acyltransferase Gene Family for Evolution and Characterization of Enzymes Involved in the Biosynthesis of Galloylated Catechins in the Tea Plant ().

• Muhammad Zulfiqar Ahmad
• Penghui Li
• Guangbiao She
• Enhua Xia
• Vagner A Benedito
• Xiao Chun Wan
• Jian Zhao

抄録

茶葉は、ガロイル化カテキン（EGCG、ECGなど）と非ガロイル化カテキン（EGC、カテキン、エピカテキンなど）を合成・濃縮し、乾燥葉の8～24％を占める。ガロイル化カテキンは、茶葉中の可溶性カテキンの大部分（最大75％）を占め、緑茶の渋みや苦味、人間の健康に対する薬理活性に大きく寄与している。しかし、茶植物におけるカテキンのガロイル化機構は、分子レベルではほとんどわかっていません。これまでの研究では、グルコシルトランスフェラーゼやセリンカルボキシペプチダーゼ様アシルトランスフェラーゼ（SCPL）が関与している可能性が示唆されていた。しかし、ガロイル化カテキンの生合成におけるSCPLの役割については、まだ詳細が明らかにされていない。ここでは、茶植物ゲノム中のSCPL遺伝子のゲノムワイドな同定を行った。その結果、いくつかのSCPLは、アシル化機能を有するSCPL-IA酵素を含むクラッドIAに分類された。このクラッドに含まれる28個の茶遺伝子は、若葉と生長した芽で異なった発現を示した。我々は、組換え酵素を用いてエピカテキンに対するガロイル化活性を有する3つのSCPL-IA酵素（CsSCPL11-IA, CsSCPL13-IA, CsSCPL14-IA）を同定した。これらのSCPLIA遺伝子の発現量は、茶植物におけるカテキンのガロイル化蓄積量と一致するだけでなく、それらの組換え酵素はβ-グルコガリン:カテキンガロイルアシル基転移酵素活性を示した。これらの知見は、茶植物におけるガロイル化カテキンの生合成に活性な役割を持つグルコガリン:カテキンガロイルアシル基転移酵素をコードする遺伝子の同定を初めて明らかにしたものである。

Tea ( L.) leaves synthesize and concentrate a vast array of galloylated catechins (e.g., EGCG and ECG) and non-galloylated catechins (e.g., EGC, catechin, and epicatechin), together constituting 8%-24% of the dry leaf mass. Galloylated catechins account for a major portion of soluble catechins in tea leaves (up to 75%) and make a major contribution to the astringency and bitter taste of the green tea, and their pharmacological activity for human health. However, the catechin galloylation mechanism in tea plants is largely unknown at molecular levels. Previous studies indicated that glucosyltransferases and serine carboxypeptidase-like acyltransferases (SCPL) might be involved in the process. However, details about the roles of SCPLs in the biosynthesis of galloylated catechins remain to be elucidated. Here, we performed the genome-wide identification of SCPL genes in the tea plant genome. Several SCPLs were grouped into clade IA, which encompasses previously characterized SCPL-IA enzymes with an acylation function. Twenty-eight tea genes in this clade were differentially expressed in young leaves and vegetative buds. We characterized three SCPL-IA enzymes (CsSCPL11-IA, CsSCPL13-IA, CsSCPL14-IA) with galloylation activity toward epicatechins using recombinant enzymes. Not only the expression levels of these SCPLIA genes coincide with the accumulation of galloylated catechins in tea plants, but their recombinant enzymes also displayed β-glucogallin:catechin galloyl acyltransferase activity. These findings provide the first insights into the identities of genes encoding glucogallin:catechin galloyl acyltransferases with an active role in the biosynthesis of galloylated catechins in tea plants.

Copyright © 2020 Ahmad, Li, She, Xia, Benedito, Wan and Zhao.