分享一篇發表在Nature Chemical Biology的文章：Incorporation of nitrogen in antinutritional Solanum alkaloid biosynthesis。文章的通訊作者是德國馬普所的Sarah E. O’Connor教授和Prashant D. Sonawane教授，以及以色列魏茨曼科學研究所的Asaph Aharoni教授，第一位教授的研究方向是植物天然產物的合成，第二位教授研究方向是生物堿的合成以及功能研究，第三位教授研究方向是植物代謝組學。
甾體糖苷生物堿(SGA)是茄科植物產生的一種次級代謝產物，其具有重要的防御作用。SGA的合成前體并不是氨基酸，而是膽固醇，并在加工后期在膽固醇骨架上引入氮原子。但是目前尚不完全清楚其是通過何種途徑在膽固醇的前體上引入的N原子。這里作者發現γ羥基丁酸轉氨酶2(GAME12)在甾體糖苷生物堿的氮原子引入中起到了關鍵作用，證明了其的全新功能。作者還通過在原本不表達含氮甾體的龍葵葉片中過表達GAME12，發現其可以合成并積累含氮甾體生物堿，證明了GAME12對于植物生物堿的累積十分重要。
首先作者計劃探究γ羥基丁酸轉氨酶在番茄中的同系物，通過基因比對作者發現了四種GABA-T同系物，隨后作者在本氏煙草中分別過表達這四種GABA-T基因，同時過表達SGA合成的上下游基因（GAME6，8，11，4），發現只有在GABA-T2（GAME12）的過表達下，本氏煙草可以產生SGA，表明GABA-T2對于膽固醇骨架的氮引入十分重要。之后作者在體外重構了GABA-T2的酶活測量體系，證明了其在SGA合成過程中發揮了轉氨酶的功能，表明植物是通過GABA-T2實現甾體糖苷生物堿的氮原子引入。
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最后作者認為GABA-T2是控制含氮甾體和非含氮甾體的關鍵酶，因此通過將其引入原本不產生含氮甾體的植物中后可以改變植物的甾體代謝物譜圖。隨后作者對龍葵進行基因改造，通過在其葉片中過表達GABA-T2后成功使原本不表達含氮甾體的龍葵葉片合成并積累含氮甾體生物堿，證明了作者的假設。
總之作者發現了甾體糖苷生物堿合成途徑中N原子插入的機制，證明了GABA-T2酶是SGA合成的關鍵酶，這為后續茄科植物甾體代謝物研究提供了新的思路。
文章引用：https://doi.org/10.1038/s41589-024-01735-w
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01735-w
