近日，云南大学生态与环境学院赵大克博士应天然产物Top期刊 Natural Product Reports 邀请，在线发表了题为“Solanum steroidal glycoalkaloids: structural diversity, biological activities, and biosynthesiss”的论文（链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/np/d1np00001b#!divAbstract ）。
茄属甾体糖苷生物碱(Solanum steroidal glycoalkaloids SGA)，是茄属特化次生代谢产物，在植物界主要分布在茄科茄属中。其结构包括含氮的甾体苷元骨架和C-3糖苷基团，该类成分结构复杂，但目前所所得的天然产物的数目却不多，但因其在重要的作物例如番茄、土豆以及茄子等广泛存在，且具有剧烈毒性及显著生物活性而受到广泛关注。
本文系统阐述了SGA在化学结构多样性，典型生物活性，并重点阐述了SGA近年在生物合成途径关键功能基因发掘鉴定以及合成调控机制方面的重要研究进展。截至2020年10月份，共发现茄属天然SGA107个， solanidane 和 spirosolane是SGA最基础的骨架结构，在此基础上，分别衍生出Solanidine and demissidine，以及tomatidenol、 tomatidine 、solasodine、 soladulcidine 结构类型，这8类骨架组成SGA核心骨架类型。其中Solasodine型成员最多，为46个。目前已经实现了以甾体皂苷为中间底物的SGA的化学半合成。在化学机构的基础上，系统总结了SGA在细胞毒活性及作用机制、拮抗微生物、抑制高胆固醇、镇痛抗炎退热活性、抑制骨骼肌萎缩以及构效关系。SGA生物合成起源于acetyl-CoA，其中胆固醇是重要合成中间体，一系列植物共用基因参与了胆固醇生物合成，从此物质在茄属特化GAME基因cytochrome P450 monooxygenases CYP72A186 (GAME7); CYP72A208 (GAME8); 2-oxoglutaratedependent dioxygenase (16DOX, GAME11); CYP72A188 (GAME6); a member of the 88D subfamily of cytochrome P450 proteins (GAME4); Gamma Amino Butyric Acid Transaminase 2 (GABA2, GAME12); 3β-hydroxysteroid dehydrogenase1 (3βHSD1); steroid 5α-reductase 1 (S5αR1); glycosyltransferase in tomato (GAME1); 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase (Sl23DOX, GAME31); a uridine diphosphate (UDP) glycosyltransferase family member (GAME5); steroidal alkaloid glycosyltransferases (SGT)的作用下启动了SGA生物合成过程；并且主要合成基因在番茄和土豆第7和第12位染色体都分别成簇，并呈现高度共表达。辣椒（辣椒属）中12位染色体的SGA基因簇的缺失可能是导致其丧失SGA合成的主要的遗传学因素。在转录水平上，GAME9 (AP2/ERF transcription factors) 是调控SGA合成的主要的转录因子，MYC2通常与GAME9协同发挥调控功能，SlHY5和SlPIF3在SGA生物合成中也参与了调控功能。最后，从进化的角度解析了GAME基因在SGA生物合成过程中的进化历程，阐明了SGA生物合成特化基因是 ‘hijack’初生代谢基因并经过功能特化后所演化而来的。茄属植物最近的一次发生在65个百万年以前的全基因组复制事件可能是形成SGA生物合成基因进化的直接因素。在此基础上，提出了SGA未来的主要研究方向：1)生物合成环节控制骨架E、F环形成关键基因仍未被解析，尚需进一步探究；2)SGA在细胞和亚细胞水平上的转运及区室化机制也不清楚；3)最后表观遗传对SGA生物合成的影响尚属空白，研究亟待跟进。
赵大克博士为该论文的第一/通讯作者，陈穗云教授和纽约城市大学Edward J. Kennelly教授为共通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。
SGA生物合成途径
SGA生物合成调控途径及关键因子
供稿：生态与环境学院
来源：云南大学新闻网
