近日，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院劉振華課題組在PNAS期刊上發(fā)表題為“Plastid 2-Oxoglutarate-dependent Dioxygenases Mediate Stereoselective C14β-Hydroxylation in Cardenolide Biosynthesis”的研究成果。上海交通大學劉振華課題組博士研究生王建華、周玄和助理研究員姬文娟為論文共同第一作者，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院、張江高等研究院長聘教軌副教授劉振華為本文通訊作者。

該研究通過多組學關聯(lián)分析，首先挖掘到催化強心苷前體孕烯醇酮合成的甾醇側鏈裂解酶PsCYP87N10。隨后，通過與PsCYP87N10的基因表達關聯(lián)分析，挖掘出20個潛在的甾體羥基化候選酶，包括13個細胞色素P450酶（CYP）和7個α-酮戊二酸依賴型雙加氧酶（2OGD）。利用煙草瞬時表達與原核表達體外酶活驗證，發(fā)現(xiàn)其中一個候選酶Ps2OGD4具有孕烯醇酮羥基化活性。關鍵的核磁共振（NMR）與單晶衍射分析最終證實，該酶的產(chǎn)物正是14β-羥基孕烯醇酮，從而確證了其全新的C14β羥基化功能，該酶被重新命名為Ps14βPH。進一步的同位素示蹤與植物體內(nèi)基因沉默實驗，證實了Ps14βPH直接參與杠柳中強心苷的生物合成途徑。

該研究發(fā)現(xiàn)，催化強心苷合成起始（側鏈裂解）的PsCYP87N10與催化關鍵步驟（C14β羥基化）的Ps14βPH，在杠柳基因組中存在共線性及緊密連鎖的現(xiàn)象，提示它們可能被協(xié)同調(diào)控。此外，Ps14βPH含有一段該植物科所特有的質(zhì)體定位肽，可能引導其進入富含輔因子的植物質(zhì)體中進行高效反應。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，杠柳中的PsCYP87N10與之前在其他植物中報道的同類酶（CYP87A亞家族）分屬不同進化分支。這些證據(jù)共同表明，夾竹桃科植物可能獨立進化出了一套全新的酶學工具箱，專門用于合成強心苷這類復雜分子。

該項研究首次鑒定并表征了一類獨特的2-酮戊二酸依賴型雙加氧酶（2OGD），它能夠特異性催化強心苷生物合成中"卡脖子"的C14β羥基化反應。