Синтаза гермакрена А у тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium) обладает смешанной субстратной специфичностью: клонирование гена, функциональная характеристика и анализ экспрессии

Терпеноидные синтазы представляют собой чрезвычайно разнообразное семейство генов, продукты которого образуют широкий спектр циклических и ациклических молекул, состоящих из изопреновых (C5) остатков. Нередко одна терпеновая синтаза образует несколько молекул с одинаковой длиной углеродной цепи, однако некоторые терпеновые синтазы способны использовать несколько субстратов, образуя продукты с разной длиной цепи. Охарактеризовано лишь несколько таких ферментов, однако способность использовать несколько субстратов может встречаться значительно чаще, чем считалось ранее. В настоящей работе изучали синтазу гермакрена А (GAS) — ключевой цитозольный фермент биосинтеза сесквитерпеновых лактонов у важного лекарственного растения Achillea millefolium (AmGAS). Полноразмерный кодирующий ген гетерологично экспрессировали в Escherichia coli BL21 (DE3), проводили функциональную характеристику фермента и анализировали его экспрессию in vivo. Рекомбинантный белок катализировал образование гермакрена А из C15-субстрата фарнезилдифосфата (FDP), тогда как при использовании C10-субстрата геранилдифосфата (GDP) образовывались ациклические монотерпены, а при использовании C10-субстрата нерилдифосфата (NDP) — циклические монотерпены. Хотя считается, что синтез монотерпенов происходит исключительно в пластидах, AmGAS потенциально может синтезировать монотерпены в цитозоле при наличии GDP или NDP. Фермент AmGAS обладал высокой степенью гомологии с последовательностями GAS других представителей семейства Астровые, что позволяет предположить более широкое распространение способности использовать несколько субстратов среди синтаз гермакрена А, чем считалось ранее. Анализ экспрессии показал, что AmGAS экспрессируется как в автотрофных, так и в гетеротрофных органах растения, причём наиболее высокий уровень экспрессии выявлен в листьях и цветках. Насколько нам известно, это первое сообщение о клонировании и характеристике гена, кодирующего синтазу гермакрена А, у A. millefolium, а также о способности ферментов GAS использовать несколько субстратов.