Emergence of terpene cyclization in Artemisia annua.
Emergence of terpene cyclization in Artemisia annua.
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DOI：
10.1038/ncomms7143
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发表时间：
2015-02-03
影响因子：
16.6
通讯作者：
O'Maille PE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Salmon M;Laurendon C;Vardakou M;Cheema J;Defernez M;Green S;Faraldos JA;O'Maille PE
萜烯环化反应的出现对于化学多样性的进化扩张至关重要，但仍未被探索。在这里，我们报告的第一个发现的上位性网络的残留物，控制发病的萜烯环化青蒿。我们开始与紫穗槐-4，11-二烯合酶（ADS）和（E）-β-法呢烯合酶（BFS），一对萜烯脱氢酶，分别产生环状或线性萜烯。通过将天然氨基酸取代的组合从环状突变体培育成线性突变体，产生了约27，000种酶的文库。我们发现一个显性突变足以激活环化，并与两个额外的残基一起构成一个强上位相互作用的网络，激活，抑制或重新激活环化。值得注意的是，这种上位性网络的等效残基也控制环化的BFS同系物从柑橘。突变轨迹的适合度景观分析提供了对专门代谢的主要时代的定量见解。 萜烯环化酶是在许多生物合成途径中发现的成环酶，但环化机制的进化起源还不清楚。在这里，作者使用结构指导育种来确定控制青蒿环化活性开始的上位性网络。
The emergence of terpene cyclization was critical to the evolutionary expansion of chemical diversity yet remains unexplored. Here we report the first discovery of an epistatic network of residues that controls the onset of terpene cyclization in Artemisia annua. We begin with amorpha-4,11-diene synthase (ADS) and (E)-β-farnesene synthase (BFS), a pair of terpene synthases that produce cyclic or linear terpenes, respectively. A library of ~27,000 enzymes is generated by breeding combinations of natural amino-acid substitutions from the cyclic into the linear producer. We discover one dominant mutation is sufficient to activate cyclization, and together with two additional residues comprise a network of strongly epistatic interactions that activate, suppress or reactivate cyclization. Remarkably, this epistatic network of equivalent residues also controls cyclization in a BFS homologue from Citrus junos. Fitness landscape analysis of mutational trajectories provides quantitative insights into a major epoch in specialized metabolism. Terpene cyclases are ring-forming enzymes found in many biosynthetic pathways, but the evolutionary origins of the cyclization mechanism is not well understood. Here, the authors use structure-guided breeding to identify an epistatic network that controls the onset of cyclization activity in Artemisia annua.
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影响因子：
4
作者：
Noel, Joseph P.;Dellas, Nikki;Faraldos, Juan A.;Zhao, Marylin;Hess, B. Andes, Jr.;Smentek, Lidia;Coates, Robert M.;O'Maille, Paul E.
通讯作者：
O'Maille, Paul E.
影响因子：
7.4
作者：
Broeckling, Corey D.;Reddy, Indira R.;Sumner, Lloyd W.
通讯作者：
Sumner, Lloyd W.
DOI：
10.1073/pnas.0906192106
发表时间：
2010-01-26
影响因子：
11.1
作者：
Carneiro, Mauricio;Hartl, Daniel L.
通讯作者：
Hartl, Daniel L.
影响因子：
2.9
作者：
O'Maille, PE;Chappell, J;Noel, JP
通讯作者：
Noel, JP
影响因子：
64.8
作者：
Liu, Yang-Yu;Slotine, Jean-Jacques;Barabasi, Albert-Laszlo
通讯作者：
Barabasi, Albert-Laszlo