近日，上海交通大学农业与生物学院刘振华课题组在PNAS期刊上发表题为“Plastid 2-Oxoglutarate-dependent Dioxygenases Mediate Stereoselective C14β-Hydroxylation in Cardenolide Biosynthesis”的研究成果。上海交通大学刘振华课题组博士研究生王建华、周玄和助理研究员姬文娟为论文共同第一作者，上海交通大学农业与生物学院、张江高等研究院长聘教轨副教授刘振华为本文通讯作者。
该研究通过多组学关联分析，首先挖掘到催化强心苷前体孕烯醇酮合成的甾醇侧链裂解酶PsCYP87N10。随后，通过与PsCYP87N10的基因表达关联分析，挖掘出20个潜在的甾体羟基化候选酶，包括13个细胞色素P450酶（CYP）和7个α-酮戊二酸依赖型双加氧酶（2OGD）。利用烟草瞬时表达与原核表达体外酶活验证，发现其中一个候选酶Ps2OGD4具有孕烯醇酮羟基化活性。关键的核磁共振（NMR）与单晶衍射分析最终证实，该酶的产物正是14β-羟基孕烯醇酮，从而确证了其全新的C14β羟基化功能，该酶被重新命名为Ps14βPH。进一步的同位素示踪与植物体内基因沉默实验，证实了Ps14βPH直接参与杠柳中强心苷的生物合成途径。
该研究发现，催化强心苷合成起始（侧链裂解）的PsCYP87N10与催化关键步骤（C14β羟基化）的Ps14βPH，在杠柳基因组中存在共线性及紧密连锁的现象，提示它们可能被协同调控。此外，Ps14βPH含有一段该植物科所特有的质体定位肽，可能引导其进入富含辅因子的植物质体中进行高效反应。系统发育分析显示，杠柳中的PsCYP87N10与之前在其他植物中报道的同类酶（CYP87A亚家族）分属不同进化分支。这些证据共同表明，夹竹桃科植物可能独立进化出了一套全新的酶学工具箱，专门用于合成强心苷这类复杂分子。
该项研究首次鉴定并表征了一类独特的2-酮戊二酸依赖型双加氧酶（2OGD），它能够特异性催化强心苷生物合成中"卡脖子"的C14β羟基化反应。
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