Нажмите на эту строку чтобы перейти к Новостям сайта "Русский врач"

Перейти
на сайт
журнала
"Врач"
Перейти на сайт журнала "Медицинская сестра"
Перейти на сайт журнала "Фармация"
Перейти на сайт журнала "Молекулярная медицина"
Перейти на сайт журнала "Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии"
Журнал включен в российские и международные библиотечные и реферативные базы данных

ВАК (Россия)
РИНЦ (Россия)
Эко-Вектор (Россия)

РЕГУЛЯЦИЯ И МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ФЕНИЛПРОПАНОИДНОГО МЕТАБОЛИЧЕСКОГО ПУТИ В ОТВЕТ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СТРЕССОВЫХ ФАКТОРОВ У РАСТЕНИЙ

DOI: https://doi.org/10.29296/25877313-2023-05-01
Номер журнала: 
5
Год издания: 
2023

О.Б. Поливанова
к.б.н.,
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, Россия)
E-mail: polivanovaoks@gmail.com
М.Ю. Чередниченко
к.б.н., доцент,
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, Россия)

В основе многообразия вторичных метаболитов растений лежит фенилпропаноидный метаболический путь. В рамках его функционирования фе-нилаланин подвергается воздействию ферментов, преобразующих данную аминокислоту в фенольные соединения. Начальные стадии катализи-руются фенилаланинаммиаклиазой (PAL), циннамат-4-гидроксилазой (C4H) и 4- кумароил-КоА-лигазой (4CL), которые являются частью главного или центрального фенилпропаноидного метаболического пути. Продукты функционирования центального фенилпропаноидного метаболического пути ассоциированы с ростом и развитием растений, реакциями на воздействие внешних стимулов, обеспечением сигнальных и защитных функ-ций. Изучение биохимических и молекулярных основ биосинтеза фенилпропаноидов важно, так как их функционирование лежит в основе пони-мания молекулярных механизмов адаптации растений к воздействию внешних факторов, таких как засуха, засоление, нехватка компонентов ми-нерального питания, воздействие патогенов. В данном обзоре рассматривается связь генов центрального фенилпропаноидного метаболического пути с воздействием патогенов и абиотических факторов, а также их генетическая и метаболическая инженерия. Гены PAL, C4H и 4CH многих видов растений, как правило, представляют из себя семейства генов, кодирующих несколько изоформ соответ-ствующих ферментов. Увеличение уровней экспрессии коррелирует с повышенной продукцией фенилпропаноидов, а уровни активности варьи-руются в зависимости от стадии развития, дифференцировки клеток и воздействия окружающей среды. Таким образом, PAL, C4H и 4CH являют-ся одним из ключевых ферментов, принимающих участие в реакциях растений на стресс. Например, PAL учувствует в передаче сигналов в от-вет на воздействие патогенов и напрямую связан с биосинтезом лигнина, который укрепляет клеточную стенку и обладает антимикробной ак-тивностью. Гены центрального фенилпропаноидного метаболического пути часто становятся объектами генетической и метаболической инже-нерии. Данные манипуляции могут быть направлены на увеличения биосинтеза флавоноидов и других вторичных метаболитов, а также для по-лучения генотипов, устойчивых к воздействию биотических и абиотических факторов.
Ключевые слова: 
фенилпропаноидный метаболический путь
фенольные соединения
метаболическая инженерия.
Для цитирования: 
Поливанова О.Б., Чередниченко М.Ю. РЕГУЛЯЦИЯ И МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ФЕНИЛПРОПАНОИДНОГО МЕТАБОЛИЧЕСКОГО ПУТИ В ОТВЕТ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СТРЕССОВЫХ ФАКТОРОВ У РАСТЕНИЙ . Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, 2023; (5): 3-https://doi.org/10.29296/25877313-2023-05-01
Список литературы: 
  1. Mariani L., Ferrante A. Agronomic management for enhancing plant tolerance to abiotic stresses-drought, salinity, hypoxia, and lodging. Horticulturae. 2017; 3: 52.
  2. Rasool F., Uzair M., Naeem M.K. et al. Phenylalanine ammonia-lyase (PAL) genes family in wheat (Triticum aestivum L.): genome-wide characterization and expression profiling. Agron. 2021; 11: 2511.
  3. Raes J., Rohde A., Christensen J.H. et al. Genome-wide characteri-zation of the lignification toolbox in Arabidopsis. Plant Physiol. 2003; 133: 1051–1071.
  4. Kao Y.Y., Harding S.A., Tsai, C.J. Differential expression of two distinct phenylalanine ammonia-lyase genes in condensed tannin-accumulating and lignifying cells of quaking aspen. Plant Physiol. 2002; 130: 796–807.
  5. Liu X.Y., Yu H.N., Gao S., et al. The isolation and functional charac-terization of three liverwort genes encoding cinnamate 4-hydroxylase. Plant Physiol. Biochem. 2017; 117: 42–50.
  6. Lu S., Zhou Y., Li L., Chiang V.L. Distinct roles of cinnamate 4-hydroxylase genes in Populus. Plant Cell Physiol. 2006; 47(7): 905–914.
  8. Rostami Z., Fazeli A., Hojati Z. The isolation and expression analy-sis of cinnamate 4-hydroxylase and chalcone synthase genes of Scrophularia striata under different abiotic elicitors. Sci Rep. 2022; 12: 8128.
  9. Lavhale S.G., Kalunke R.M., Giri, A.P. Structural, functional and evolutionary diversity of 4-coumarate-CoA ligase in plants. Planta. 2018; 248(5):1063–1078.
  10. Wang T., Li Q., Bi K. Bioactive flavonoids in medicinal plants: structure, activity and biological fate. Asian J. Pharm. Sci. 2018; 13: 12–23.
  11. Qin Y., Li Q., An Q. et al. Phenylalanine ammonia lyase from Fritil-laria unibracteata promotes drought tolerance by regulating lignin biosynthesis and SA signaling pathway. Int. J. Biol. Macromol. 2022; 31(213): 574–588.
  12. Shine M.B., Yang J.W., El-Habbak M. et al. Cooperative function-ing between phenylalanine ammonia lyase and isochorismate syn-thase activities contributes to salicylic acid biosynthesis in soybean. New Phytol. 2016; 212(3): 627–636.
  13. Kim D.S., Hwang B.K. An important role of the pepper phenylala-nine ammonia-lyase gene (PAL1) in salicylic acid-dependent signal-ling of the defence response to microbial pathogens. J. Exp. Bot. 2014; 65(9): 2295–2306.
  14. Tonnessen, B.W., Manosalva P., Lang J.M. Rice phenylalanine ammonia-lyase gene OsPAL4 is associated with broad spectrum disease resistance. Plant Mol. 2015; 87: 273–286.
  15. Cass C.L., Peraldi A., Dowd P.F. Effects of phenylalanine ammo-nia lyase (PAL) knockdown on cell wall composition, biomass di-gestibility, and biotic and abiotic stress responses in Brachypodium. J. Exp. Bot. 2015; 66: 4317–4335.
  16. Chen Y., Li F., Tian L. et al. The phenylalanine ammonia lyase gene LjPAL1 is involved in plant defense responses to pathogens and plays diverse roles in Lotus japonicus-Rhizobium symbioses. Mol. Plant. Microbe Interact. 2017; 30(9): 739–753.
  17. Yang Y.H., Yang H., Li R.F. et al. A Rehmannia glutinosa cin-namate 4-hydroxylase promotes phenolic accumulation and enhanc-es tolerance to oxidative stress. Plant Cell Rep. 2021; 40: 375–391.
  18. Wu Y., Wang T., Xin Y. et al. Overexpression of the GbF3’H1 gene enhanced the epigallocatechin, gallocatechin, and catechin contents in transgenic Populus. J. Agric. Food Chem. 2020; 68: 998–1006.
  19. Karlson C.K.S., Mohd Noor S.N., Khalid N., Tan B.C. CRISPRi-mediated down-regulation of the cinnamate-4-hydroxylase (C4H) gene enhances the flavonoid biosynthesis in Nicotiana tabacum. Biology. 2022; 11: 1127.
  20. Sykes R.W., Gjersing E.L., Foutz K., et al. Down-regulation of p-coumaroyl quinate/shikimate 3′-hydroxylase (C3′H) and cinnamate 4-hydroxylase (C4H) genes in the lignin biosynthetic pathway of Eucalyptus urophylla × E. grandis leads to improved sugar release. Biotechnol. Biofuels. 2015; 8: 128.
  21. Kumar R., Vashisth D., Misra A. et al. RNAi down-regulation of cinnamate-4-hydroxylase increases artemisinin biosynthesis in Ar-temisia annua. Sci. Rep. 2016; 6: 26458.