能源部/联合基因组研究所 玉米可以生产一种混合了多种酶的抗生素
信用:萨姆·芬特雷斯，抄送:SA-2
0 玉米(玉米)产生大量的抗生素，称为狂热者素
尽管科学家已经鉴定出至少15种狂热者，他们怀疑还有更多可以发现
每一种玉米都含有狂热者素，通过抵御真菌和微生物感染来保护玉米
科学家们假设玉米通过清晰、直接的途径合成这些化合物，需要十几种酶的功能
但是研究人员现在发现，只需要少量的酶就可以将狂热者及其相关前体转化为丰富多样的结构
狂热者属于一类称为萜类的化学物质，其结构属于一组称为萜类的化学物质
萜烯在植物生长、防御和环境相互作用中很重要，也有工业应用，包括生物能源
所有的植物都产生萜类化合物，这些化合物具有多种功能，包括作为抗生素
但是狂热者几乎完全局限于玉米
通过破译狂犬素合成途径，这项研究使得利用狂犬素和相关化合物对其他植物的保护功能成为可能，包括那些为生物能源而种植的植物
狂犬素合成途径可能特别适合转移到其他植物，因为它的一些酶可以将不同的萜类底物转化为许多产物；给科学家更大的回报
研究小组报告说，只需将编码这些酶的四个基因转移到另一种植物上，如高粱双色——一种候选的生物能源原料和JGI旗舰植物——就可以产生至少15种狂热者素
此外，新西兰霉素生物合成酶还会作用于天然底物，产生额外的新型抗生素
狂热者的化学结构很复杂，但是他们的生物合成途径比科学家们想象的要简单
一个团队最近在《自然植物》杂志上报道说，狂热者蛋白途径有一个“沙漏”形状，有不同的前体和许多不同的产物，而不是更典型的，一种酶，一种产物
在每一步中，狂热者蛋白途径利用灵巧的酶——萜合酶和细胞色素P450——催化多种产物，产生许多抗生素
狂热者蛋白途径是一个生物合成沙漏，具有遗传冗余和酶乱交，产生保护性抗生素混合物
a .由新西兰菌素基因簇1(Zx1至Zx4)、2(Zx5至Zx7)和3(Zx8至Zx10)编码的酶活性示意图，包括与其他途径的相互作用，如贝壳杉脂素(深绿色)、吲哚丁酸(浅绿色)和costic acids(红色)
黑色虚线箭头表示未定义的酶活性
信用:亚里沙·赫芬顿 为了发现酶，研究小组使用了一系列技术
他们从数百个玉米品系中筛选出制造狂犬病毒的遗传变异，并利用这些品系的基因表达数据来鉴定与狂犬病毒合成相关的基因
研究人员利用蛋白质组学研究真菌感染引发的精确生物合成酶
他们分析了突变玉米品系之间的差异，运用基因编辑技术剔除了四个关键的新西兰蛋白途径基因
他们将感兴趣的基因转移到烟草上，使这种植物能够产生不同的狂热者
这些基因是由美国科学家合成的
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能源部联合基因组研究所(JGI)，能源部科学用户设施办公室，通过其社区科学计划
这项工作是更大的CSP功能基因组学提案的一部分，该提案旨在了解除玉米之外的许多植物的萜烯合成和功能，包括生物能源作物柳枝稷
研究小组证实了狂热者对玉米健康的重要性
当狂犬菌素生物合成途径被破坏时，茎腐真菌(禾谷镰孢)和导致萎蔫的细菌(斯氏泛菌)的感染更为严重
有趣的是，研究小组发现的酶存在于不同玉米染色体上的多个半冗余簇中
根据这项研究的资深作者、圣地亚哥加州大学的生物学家亚里沙·赫芬克的说法，集体研究结果表明，狂热者蛋白途径是玉米中一种重要的生化防御，而这种防御在很大程度上被忽视了
这些发现可能有助于科学家在未来生产出更强健的生物能源植物
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