การวิเคราะห์เส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Acteoside

1.1 Phenylalanine Acteoside Metabolism Pathway

ปัจจุบัน โมดูลเมแทบอลิซึมที่สังเคราะห์ทางชีวภาพโดยทั่วไปของแอคทีโอไซด์ได้บรรลุข้อตกลงร่วมกัน ส่วนใหญ่รวมถึงวิถีเมแทบอลิซึมของฟีนิลอะลานีน วิถีโดปามีน/วิถีไทรามีน และวิถีข้ามผ่านของเอซิลที่ปลายน้ำและการดัดแปลงไกลโคซิล

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าสารมัธยันตร์ในการสังเคราะห์แอกทิโอไซด์ ได้แก่ กรดคาเฟอีน, คาเฟอีน-CoA, ไฮดรอกซีไทโรซอล และไฮดรอกซีไทโรซอล กลูโคไซด์ [16-18] การทดลองไฮโดรไลซิส ในหลอดทดลอง พิสูจน์ว่า Acteoside ถูกไฮโดรไลซ์เป็นกรด caffeic, de-rhamnosyl-Acteoside (mutongphenetoside A) และ decaffeoyl-Acteoside ภายใต้การกระทำของ glycoside hydrolase[19-20] การศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ แสง pH และปัจจัยอื่นๆ ต่อความเสถียรของ Acteoside แสดงให้เห็นว่า Acteoside สามารถย่อยสลายเป็นกรด caffeic และ decaffeoyl-verbasin ในสารละลาย [21] การทดลองให้อาหารสัตว์แสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซ์ของ Acteoside ในปัสสาวะของหนูคือไฮดรอกซีไทโรซอลและกรดคาเฟอีน [22] ในวิถีการเผาผลาญของฟีนิลอะลานีน ฟีนิลอะลานีนจะถูกแปลงเป็นกรดซินนามิกครั้งแรกภายใต้การกระทำของฟีนิลอะลานีนแอมโมเนียไลเอส (PAL) และกรดซินนามิกจะถูกแปลงเป็นฟีนิลอะลานีนภายใต้การกระทำของกรดซินนามิก-4-ไฮดรอกซีเลส (C4H) วงแหวน C4 ถูกสร้างเป็นกรด p-coumaric ซึ่งจากนั้นถูกเร่งด้วยกรดคูมาริก 3-ไฮดรอกซีเลส (C3H) เพื่อสร้างกรดคาเฟอีน [3] นอกจากนี้ ไทโรซีนแอมโมเนีย lyase (TAL) ที่ได้จาก Saccharomyces radiata สามารถเปลี่ยนไทโรซีนเป็นกรด p-coumaric และกรด p-coumaric สามารถเร่งปฏิกิริยาด้วย C3H เพื่อสร้างกรด caffeic ซึ่งเป็นแหล่งสำหรับการสังเคราะห์กรด caffeic ต่างกัน ความคิดใหม่ [23]

หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Cistanche Acteoside Function

1.2 วิถีโดปามีน/วิถีเมแทบอลิซึมของไทรามีน

สารมัธยันตร์ไทโรซอลและไฮดรอกซีไทโรซอลของวิถีโดปามีน/วิถีไทรามีนเป็นอีกสารตั้งต้นที่สำคัญสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแอกทีโอไซด์ และพวกมันสามารถสร้างซาลิโดรไซด์หรือไฮดรอกซีไทโรซอลกลูโคไซด์ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของแอกทีโอไซด์ผ่านวิถีทางที่แตกต่างกัน วิถีนี้เป็นวิถีทางแยกที่สำคัญในการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของแอกทิโอไซด์ (รูปที่ 2b) ไทโรซีนสร้าง L-dopa ภายใต้การกระทำของ polyphenol oxidase (PPO)/tyrosine hydroxylase (TH) และ dopa decarboxylase (DODC)/tyrosine decarboxylase (TyDC) กระตุ้น L-dopa -Dopa ผลิตโดปามีนซึ่งจะถูกประมวลผลโดยเอมีนปฐมภูมิ (ที่มีทองแดง) ออกซิเดส (CuAO) และแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส (ALDH) เพื่อสร้างไฮดรอกซีไทโรซอล [16-18, 24-25] ในสาขาอื่น โดปามีนถูกเร่งด้วยเอมีนปฐมภูมิ (ทองแดง) ออกซิเดส (CuAO)/โมโนเอมีนออกซิเดส (MAO) เพื่อสร้าง 3,4-DHPAA Vavricka et al. [26] ใช้ไฮดรอกซีฟีนิลอะซีทาลดีไฮด์ซินเทส (DHPAAS) ที่ได้มาจาก Bombyx โมริที่มีฟังก์ชันคู่ของอัลดีไฮด์ซินเทสและดีคาร์บอกซีเลสเพื่อเร่ง L-dopa เป็น 34-DHPAA แล้ว ALDH เร่งปฏิกิริยา 3,4-DHPAA ผลิตไฮดรอกซีไทโรซอล [24] วิถีไทรามีนสามารถจัดให้มีสารตั้งต้นของไทโรซอลหรือไฮดรอกซีไทโรซอลสำหรับวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแอกทีโอไซด์ Tyrosine ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย TyDC เพื่อสร้าง tyramine ซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็น 4-hydroxyphenylacetaldehyde (4-HPAA) โดย CuAO/tyramine oxidase (TYO) และ 4-HPAA สามารถแปลงเป็น {{19 }}hydroxyphenylacetaldehyde reductase โดย 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase (4HPAR)/ALDH ถูกรีดิวซ์เป็นไทโรซอล จากนั้นไทโรซอลจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยไทโรซอลไฮดรอกซีเลส (TLH) เพื่อสร้างไฮดรอกซีไทโรซอล [16-17,24,27-28] เนื่องจากความแตกต่างของ TyDC, TYO และ ALDH นักวิจัยได้เสนอสมมติฐานของเส้นทางการสังเคราะห์ไทรามีนอื่น ๆ นั่นคือ tyrosine สร้าง tyramine ภายใต้ decarboxylation ของ TyDC จากนั้น tyramine จะสร้าง dopamine ภายใต้การกระทำของ TH และ dopamine จะถูก decarboxylated โดย ธ. TYO ถูกออกซิไดซ์เป็น 34-DHPAA ซึ่งต่อมาถูกลดขนาดเป็นไฮดรอกซีไทโรซอลโดย ALDH แต่ TH ในวิถีสมมุตินี้ยังไม่ได้รับการยืนยัน [28] นักวิชาการบางคนตั้งสมมติฐานว่าโพลีฟีนอลออกซิเดส (PPO) สามารถกระตุ้นการสร้างโดปามีนจากไทรามีนและการสร้างไฮดรอกซีไทโรซอลจากซาลิโดรไซด์โดยไฮดรอกซีเลชัน แต่หน้าที่ของมันยังไม่ได้รับการยืนยัน [16-18] กรด Rosmarinic เป็นสารประกอบโพลีฟีนอลที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ และจากการศึกษาพบว่า tyrosine transaminase (TAT) เป็นเอนไซม์ตัวแรกในวิถีทางที่ได้มาจากไทโรซีนในการสังเคราะห์กรด rosmarinic ซึ่งเร่งปฏิกิริยา transamination ของไทโรซีน 4-Hydroxypyruvate (4-HPPDC) ถูกสร้างขึ้น จากนั้น 4-HPAA จะถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของ 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase (HPPADC) [29-30] Torrens-Spence และคณะ [31] ค้นพบครั้งแรก hydroxyphenylacetaldehyde synthase ที่ขึ้นกับ pyridoxal ฟอสเฟต (4HPAAS) ซึ่งสามารถเร่งการเปลี่ยนแปลงของ tyrosine เป็น 4-HPAA ได้โดยตรง ยีนที่เข้ารหัสไกลโคซิลทรานสเฟอเรสซึ่งกระตุ้นการผลิตซาลิโดรไซด์จากไทโรซอล นอกจากนี้ TYR สามารถเร่งปฏิกิริยาไทโรซีนเพื่อผลิตไฮดรอกซีไทโรซอล [25] เอ็นไซม์ในวิถีครอสโอเวอร์ของเอนไซม์เหล่านี้ช่วยเพิ่มความหลากหลายของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแอกทีโอไซด์ 1.3 วิถีทางข้ามของการถ่ายโอน acyl และการดัดแปลงไกลโคซิลของ Acteoside

จากโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันของ Acteoside จะเห็นได้ว่าจุดศูนย์กลางของมันคือกลูโคสทั้งหมดซึ่งถูกเอสเทอริฟายด์ด้วยคาเฟอีน และตำแหน่ง C3 ถูกแก้ไขโดย rhamnosyl (รูปที่ 1a) แต่ยังไม่มีการวิจัยกลไกการเร่งปฏิกิริยาโมเลกุล acylation และ rhamnosylation รายงาน จากการอนุมานแบบย้อนกลับของการไฮโดรไลซิส การทดลองเมแทบอลิซึม และโครงสร้างทางเคมีของแอกทีโอไซด์ มีความเป็นไปได้สองอย่างที่เป็นไปได้สำหรับการสังเคราะห์แอกทิโอไซด์[19-22] ประการแรก caffeoyl-CoA และ hydroxytyrosol glucoside อยู่ภายใต้การกระทำของ acyltransferase (quinine hydroxycinnamyl transferase, HCT) เพื่อสร้าง deltoxoside A ซึ่งจะถูกแปลงเป็น rhamnosyltransferase (UDP-rhamnosyltransferase) rhamnose glucosyltransferase, URT) เร่งการผลิต verbasose อีกเส้นทางหนึ่งที่เป็นไปได้คือ hydroxytyrosol ผลิต hydroxytyrosol glucoside ภายใต้การกระทำของ glucosyltransferase และ hydroxytyroyl glucoside จะผลิต decaffeyl verbasin ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของ URT มันควบแน่นด้วย caffeoyl-CoA เพื่อสร้าง Acteoside (รูปที่ 2c)

2 กลยุทธ์การควบคุมที่มีประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ Acteoside

2.1 การทำเหมือง Transcriptome ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ Acteoside

Transcriptome หมายถึงผลรวมของ mRNA ที่ถ่ายทอดโดยสิ่งมีชีวิตภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาหรือวัฏจักรการเจริญเติบโตที่เฉพาะเจาะจง และเป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาโครงสร้าง หน้าที่ และวงจรการเจริญเติบโตของยีน เป็นวิธีการที่สำคัญในการแสดงออกของยีนและวิธีการหลักของการวิจัยฟีโนไทป์ของความสัมพันธ์ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทรานสคริปโทมเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการขุดยีนของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของส่วนประกอบออกฤทธิ์ของพืชสมุนไพร ยังมีเอ็นไซม์สำคัญหลายตัวในวิถีการสังเคราะห์ของ Acteoside ที่ไม่ได้รับการแก้ไข ดังนั้น mRNA ที่อุดมสมบูรณ์ในเซลล์ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาจำเพาะสามารถใช้เพื่ออธิบายระดับการแสดงออกของยีนและอนุมานถึงความอุดมสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์โปรตีนขั้นสุดท้าย จากการวิเคราะห์ข้อมูลการถอดรหัสที่เกี่ยวข้อง ได้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ฟีนิลทานอยด์ไกลโคไซด์ (ตารางที่ 1) ซึ่งสามารถให้แนวคิดสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแอกทีโอไซด์

Cistanche Tubulosaเป็นพืชสมุนไพรที่สำคัญสำหรับการสกัดฟีนิลทานอยด์ไกลโคไซด์และการศึกษาข้อมูลจีโนมและทรานสคริปโทมเป็นแหล่งข้อมูลอันมีค่าสำหรับการศึกษาเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวสังเคราะห์ของแอคทีโอไซด์. ลำดับการถอดรหัสเชิงลึกของลำต้นฉ่ำของCistanche Tubulosaดำเนินการโดยใช้วิธีการวิเคราะห์ RNA-seq สำหรับCistanche Tubulosaและได้รับข้อมูลการถอดรหัสเป็นครั้งแรก ผ่านการเปรียบเทียบลำดับและการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการ เอ็นไซม์หลักที่เชื่อมโยงเมแทบอลิซึมหลักและเมตาบอลิซึมทุติยภูมิถูกระบุ ยีน PAL ซึ่งเป็นเอนไซม์หลักตัวแรกในการสังเคราะห์ฟีนิลทานอยด์ และยีน 17 ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ฟีนิลทานอยด์ในเหง้าได้รับการคาดหมายเป็นครั้งแรก [32] ผลการสำรวจความแตกต่างด้านคุณภาพของCistanche Tubulosaในทะเลทรายประเภทต่างๆ โดย metabolomics และ transcriptomics พบว่าเนื้อหาของ phenylethanoid ในดินเค็ม-alkali อาจสูงขึ้นเนื่องจากการแสดงออกของ PAL, ALDH, aspartate aminotransferase (GOT) เป็นต้น [33] การวิเคราะห์เส้นทางสังเคราะห์ของฟีนิลไกลโคไซด์เป็นพื้นฐาน พืช Scrophulariaceae Rehmannia glutinosa อุดมไปด้วย phenylethanol glycosides โดยการเรียงลำดับ de novo transcriptome ของรูตหัวใต้ดินของ Rehmannia glutinosa และเปรียบเทียบวิถีทาง KEGG กับวิถีการทดลอง เราเสนอผู้สมัคร 19 รายที่อาจเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Acteoside ยีนซึ่งเป็นแนวทางสำหรับการวิเคราะห์เส้นทางการสังเคราะห์ของ Acteoside จากนั้น ข้อมูลได้รับการตรวจสอบจากส่วนกลางโดย RT-PCR และพบว่าการถอดรหัสของ Rehmannia glutinosa เข้ารหัส prephenate dehydratase (ADT), aspartate aminotransferase (ASP5), GOT2, 4CL, primary amine oxidase (AOC3), C4H, HCT และยีน C3H [34] ที่น่าสนใจคือเนื้อหาของ Acteoside ในใบของ Rehmannia glutinosa นั้นสูงกว่าในราก ซึ่งอาจเนื่องมาจากระดับการแสดงออกที่แตกต่างกันของเอนไซม์ในส่วนต่างๆ อันเนื่องมาจากการแสดงออกที่แตกต่างกันของยีนในขั้นตอนการพัฒนาที่เฉพาะเจาะจง

หลังจากนั้น เรห์มานเนีย กลูติโนซา 4 สายพันธุ์ได้รับการปลูกฝังด้วยแถบเรเดียลและแถบที่ไม่ใช่เรเดียลในรากของหัว และข้อมูลถอดรหัสของพวกมันได้รับการวิเคราะห์เพื่อให้ได้ยีน 223 ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แอกเตโอไซด์ PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO, ALDH, HCT, UGT และยีนอื่นๆ ถูกวิเคราะห์โดยข้อมูลการถอดรหัส [16] ยีน 231 ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Acteoside ถูกขุดในการหาลำดับการถอดรหัสของ Centantheragrandiflora Benth 10 ยีนรวมทั้ง PPO และ HCT ในจำนวนนั้น CuAO แสดงออกมากที่สุด รองลงมาคือ 4CL, ALDH และ UGT และน้อยที่สุดคือ HCT ยีนที่เกี่ยวข้องกับวิถีฟีนิลอะลานีนและไทโรซีนพบมากในใบและลำต้นมากกว่าในราก โดยเฉพาะยีน PAL และ PPO และเมื่อเทียบกับราก ยีนทั้ง 4 ตัว PAL, C4H, C3H และ 4CL ในใบและลำต้นได้รับการควบคุมโดยสมบูรณ์ ซึ่งบ่งชี้ว่าวิถีทางที่ได้มาจากฟีนิลอะลานีนนั้นแสดงออกอย่างมากในส่วนทางอากาศ [18] อย่างไรก็ตาม การศึกษาข้างต้นคาดการณ์ว่า HCT และ UGT กระตุ้นเส้นทางของเอนไซม์ปลายน้ำของ caffeoyl-CoA และ hydroxytyrosol glucoside ไปยัง Acteoside ผ่านการศึกษาการถอดรหัส แต่หน้าที่ของยีนที่เกี่ยวข้องยังไม่ได้รับการยืนยัน [16,18] สารชักนำหมายถึงปัจจัยที่สามารถกระตุ้นให้พืชผลิตการต้านทานหรือป้องกันตนเองและปกป้อง และสามารถกระตุ้นการแสดงออกของยีนจำเพาะที่หลากหลายในพืชได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งและคัดเลือกด้วยเหตุนี้จึงกระตุ้นเมตาบอไลต์รองที่เฉพาะเจาะจง [35] เพื่อที่จะคัดกรองตัวกระตุ้นที่ดีที่สุดที่เพิ่มการสะสมของ Acteoside ในรากขนของ Rehmannia glutinosa อย่างมีนัยสำคัญ ระบบการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของ Rehmannia glutinosa ที่เป็นสื่อกลางโดย Agrobacterium rhizogenes ถูกนำมาใช้เพื่อเปรียบเทียบตัวกระตุ้นที่มีความเข้มข้นต่างกัน ไม่เพียงแต่สามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของรากขนได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังเพิ่มเนื้อหาของ Acteoside อย่างมีนัยสำคัญ หลังจากนั้น เทคโนโลยี RNA-Seq ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์การถอดรหัสของรากที่มีขนดกของ Rehmannia glutinosa ในช่วงเวลาต่างๆ เพื่อค้นหายีนที่แสดงออกอย่างแตกต่างภายใต้สภาวะที่ต่างกัน และสุดท้ายเพื่อกำหนด PAL, C4H, C3H, 4CL, TyDC, PPO, CuAO , ALDH, HCT, UGT Isogenic อาจเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของ Acteoside ในหมู่พวกเขา C3H และ ALDH เป็นยีนที่คล้ายคลึงกันที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดและมีน้อยที่สุดตามลำดับ [17] นอกจากนี้ Fatemi และคณะ [29] ประเมินผลของความเข้มข้นต่างๆ ของอิลิซิเตอร์ เช่น เมทิล จัสโมเนต (MeJA) และท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น (MWCNT) ต่อการสะสมของกรดโรสมารินิกและระดับการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ยีนของ PAL, TAT, 4HPPR และ rosmarinic acid synthase (RAS) ถูกระบุว่าเป็นยีนที่สำคัญ ซึ่งททท. มีการ transamination ซึ่งเป็นแนวคิดใหม่สำหรับการวิเคราะห์เส้นทางการสังเคราะห์ของ Acteoside มะกอก (Oleaeuropaea) เป็นแหล่งที่อุดมไปด้วยโพลีฟีนอลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถผลิตไฮดรอกซีไทโรซอล ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่สำคัญของแอกทีโอไซด์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โพลีฟีนอลในผลมะกอกและใบถูกระบุโดยการจัดลำดับทรานสคริปโทมแบบเต็มความยาว สารประกอบโพลีฟีนอลสิบสองชนิดถูกหาปริมาณในการทดลองและระบุ 106 ทรานสคริปต์ของตระกูลยีน 6 ตระกูลและการสังเคราะห์ไฮดรอกซีไทโรซอล ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไฮดรอกซีไทโรซอล ได้แก่ PPO, DODC, CuAO, ALDH และ PAR [24] ผลการศึกษา phenethylamine transcriptome ข้างต้นเป็นพื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์เส้นทางการสังเคราะห์ของ Acteoside และการทำเหมืองยีนควบคุมและเอนไซม์หลัก