Mol植物:中科院深圳先进所赵乔团队建立了一种高效分析植物糖基转移酶功能的方法

植物中有40多万种次生代谢产物。糖基化是一种常见的修饰方法，它赋予化合物复杂多样的结构，形成种类繁多的糖基化产物。糖基化修饰可以改变相应苷元在细胞中的催化活性、溶解性、稳定性和位置，在调节激素稳态平衡、外源有害物质解毒、抵御生物和非生物胁迫等方面发挥重要作用。同时，糖基化修饰可以改变天然产物的药理活性和生物利用度，这些糖苷是天然药物的重要来源。植物UGTs(UDP糖基转移酶)以多基因家族的形式存在，利用不同的糖基供体可以糖基化多种植物小分子化合物。

目前大部分研究集中在生化功能的测定上。ugt具有底物杂合性和催化杂合性。同一UGT在体外可以催化不同结构的底物，不同的ugt可以识别同一底物。此外，由于植物中底物的可利用性和特殊、复杂、多变的细胞环境，这些关于UGTs活性和生理功能的生化研究结果往往不能反映UGTs在植物中的真实功能。

2022年8月22日，中国科学院深圳先进研究院赵乔研究员研究组在《分子植物学报》在线发表了一篇题为：糖苷类特异性代谢组学结合前体同位素标记表征植物糖基转移酶的研究论文。

本研究建立了糖基特异性代谢组学(GSM)与同位素标记前体化合物(PIL)相结合的方法，能够高效、准确地鉴定植物糖基转移酶(GTs)的产物，分析GTs在特定代谢途径中的作用。

该方法大大缩小了目标化合物的范围，与传统的生化方法或非靶向方法相比，大大提高了糖基化合物的表征和可靠性。这为植物糖基转移酶的功能分析提供了一种新方法。

针对上述问题，作者首先建立了专门针对糖基化合物的代谢组学分析方法。以UGT72E家族的功能分析为例，传统的生化和分子遗传学方法证实了UGT 72E可以催化两种木质素单体的糖基化反应。对UGT 72E缺失突变体的非靶向代谢组学分析表明，植物中受UGT 72E影响的化合物超过1000种，而GSM分析方法将目标化合物的范围缩小了10倍至100种。

由于UGTs的杂合性，作者随后建立了PIL方法，重点研究UGT72E在特定苯丙氨酸代谢途径中的作用，并将ugt 72e的目标产物范围缩小到22个。通过GSM-PIL方法，本文不仅鉴定了两个已发表的木质素单体糖基化产物，还发现UGT72E家族参与了植物苯丙烷途径中其他15种化合物的糖基化。此外，体外酶活性分析、植物内源基因过表达和遗传互补实验证实了UGT72Es对这些化合物的糖基化作用，验证了GSM-PIL方法的可靠性。

研究还发现UGT72Es在植物体内糖基化香豆素，进而在植物的碱性缺铁胁迫环境中发挥重要作用。此外，作者通过对UGT78D2的功能分析，论证了GSM-PIL方法的普遍适用性。

综上所述，GSM-PIL方法可以有效地分析植物UGTs的功能。与传统的一对一钓鱼方法探索UGTs的功能相比，GSM-PIL方法可以以钓鱼的方式捕捉UGTs的所有产物，全面识别未知底物或糖基化产物，分析植物中UGTs的未知生理功能，揭示植物中的糖基化网络比我们想象的更复杂。