利用“transportomics”鉴定到参与西红花苷在液泡中积累的转运蛋白

来源：BioArt植物

原标题：Plant Cell：利用“transportomics”鉴定到参与西红花苷在液泡中积累的转运蛋白

藏红花粉是地球上最昂贵的香料，主要由藏红花的干燥柱头组成，这些柱头积累了大量的西红花苷（crocins，一种脱辅基类胡萝卜素苷，使藏红花香料呈红色的主要物质）。

目前，已经在成熟的藏红花柱头中鉴定了15种不同的西红花苷。西红花苷的合成路径已经基本被阐明，是由类胡萝卜素裂解双加氧酶2（Carotenoid Cleavage Dioxygenase 2，CCD2）催化的质体中玉米黄质的裂解开始的，裂解产物西红花酸二醛之后迁移到内质网，被膜定位的CsALDH3I1脱氢形成西红花苷，之后西红花苷被CsUGT74AD1糖基化形成西红花苷1和2ʹ（图1）【1，2】。高度糖基化的西红花苷由未知的UDP-糖基转移酶在细胞质中催化合成。由于西红花苷的极性性质，必须通过一种或多种液泡膜转运蛋白将西红花苷转运至液泡中进行储存。

该策略可以防止生物合成酶的反馈抑制并减少胞质中高浓度的终产物引起的毒性作用。之前有研究表明，糖基化代谢产物的液泡运输会受到MATE（Multidrug And Toxic Compound Extrusion）和ABCC（ATP Binding Cassette C）转运蛋白的影响【3】，但是目前对参与西红花苷在液泡中积累的液泡膜转运蛋白尚未阐明。

Saffron crocin biosynthesis and its compartmentation

近日，意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局（ENEA）的Giovanni Giuliano课题组在The Plant Cell在线发表了一篇题为ABCC transporters mediate the vacuolar accumulation of crocins in saffron stigmas的研究论文。该研究开发了一种“transportomics”的方法，并鉴定到了藏红花柱头中西红花苷液泡转运蛋白。

该研究首先对藏红花柱头进行了转录组分析，筛选出在柱头表达的九个ABCC和11个MATE转运蛋白，并对表达最高的五个转运蛋白进行了进一步分析。该研究表明，CsABCC4a在柱头特异性表达，CsMATE4在柱头和花被片中均高度表达，而CsABCC2，CsMATE1a和CsMATE1b主要在其他组织中表达。该研究还将候选转运蛋白与CsCCD2和总西红花苷进行了共表达分析，发现CsABCC4a、CsMATE4和CsMATE4最可能参与西红花苷的液泡运输。该研究还发现这几种转运蛋白均定位于液泡膜。

值得一提的是，该研究开发了一种新的基于LC-PDA-HRMS 的“transportomics”的方法，该方法基于共表达分析、酵母中的异源表达以及使用酵母微粒体和总植物代谢物提取物的体外“转运”测定法。

该研究发现，表达CsABCC4a和CsABCC2的微粒体能够以不同的效率和以ATP依赖性的方式介导不同的西红花苷转运，而ABC型转运蛋白抑制剂的使用则有效抑制了CsABCC4a和CsABCC2的红花苷转运。

该研究还发现MATE转运蛋白只能转运类黄酮糖苷。此外，该研究还进一步通过液泡膜、高尔基体和质膜的共定位试验充分表明柱头特异性CsABCC4a转运蛋白定位于液泡膜。

Transportomics assay using C. sativus stigma extract and yeast microsomes

总之，该研究利用“transportomics”方法鉴定了藏红花柱头中西红花苷液泡转运蛋白。该研究开发的方法为鉴定其他重要的植物特定代谢物的转运蛋白提供了新的思路。

参考文献

【1】Frusciante, S., Diretto, G., Bruno, M., Ferrante, P., Pietrella, M., Prado-Cabrero, A., Rubio-Moraga, A., Beyer, P., Gomez-Gomez, L., Al-Babili, S., and Giuliano, G. (2014). Novel carotenoid cleavage dioxygenase catalyzes the first dedicated step in saffron crocin biosynthesis. Proc Natl Acad Sci U S A 111, 12246- 12251

【2】Demurtas, O.C., Frusciante, S., Ferrante, P., Diretto, G., Azad, N.H., Pietrella, M., Aprea, G., Taddei, A.R., Romano, E., Mi, J., Al-Babili, S., Frigerio, L., and Giuliano, G. (2018). Candidate Enzymes for Saffron Crocin Biosynthesis Are Localized in Multiple Cellular Compartments. Plant Physiol 177, 990-1006.

【3】Francisco, R.M., Regalado, A., Ageorges, A., Burla, B.J., Bassin, B., Eisenach, C., Zarrouk, O., Vialet, S., Marlin, T., Chaves, M.M., Martinoia, E., and Nagy, R. (2013). ABCC1, an ATP binding cassette protein from grape berry, transports anthocyanidin 3-O-Glucosides. Plant Cell 25, 1840-1854.

原文链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2019/09/23/tpc.19.00193