分享一篇发表在Nature Chemical Biology的文章：Incorporation of nitrogen in antinutritional Solanum alkaloid biosynthesis。文章的通讯作者是德国马普所的Sarah E. O’Connor教授和Prashant D. Sonawane教授，以及以色列魏茨曼科学研究所的Asaph Aharoni教授，第一位教授的研究方向是植物天然产物的合成，第二位教授研究方向是生物碱的合成以及功能研究，第三位教授研究方向是植物代谢组学。
甾体糖苷生物碱(SGA)是茄科植物产生的一种次级代谢产物，其具有重要的防御作用。SGA的合成前体并不是氨基酸，而是胆固醇，并在加工后期在胆固醇骨架上引入氮原子。但是目前尚不完全清楚其是通过何种途径在胆固醇的前体上引入的N原子。这里作者发现γ羟基丁酸转氨酶2(GAME12)在甾体糖苷生物碱的氮原子引入中起到了关键作用，证明了其的全新功能。作者还通过在原本不表达含氮甾体的龙葵叶片中过表达GAME12，发现其可以合成并积累含氮甾体生物碱，证明了GAME12对于植物生物碱的累积十分重要。
首先作者计划探究γ羟基丁酸转氨酶在番茄中的同系物，通过基因比对作者发现了四种GABA-T同系物，随后作者在本氏烟草中分别过表达这四种GABA-T基因，同时过表达SGA合成的上下游基因（GAME6，8，11，4），发现只有在GABA-T2（GAME12）的过表达下，本氏烟草可以产生SGA，表明GABA-T2对于胆固醇骨架的氮引入十分重要。之后作者在体外重构了GABA-T2的酶活测量体系，证明了其在SGA合成过程中发挥了转氨酶的功能，表明植物是通过GABA-T2实现甾体糖苷生物碱的氮原子引入。
最后作者认为GABA-T2是控制含氮甾体和非含氮甾体的关键酶，因此通过将其引入原本不产生含氮甾体的植物中后可以改变植物的甾体代谢物谱图。随后作者对龙葵进行基因改造，通过在其叶片中过表达GABA-T2后成功使原本不表达含氮甾体的龙葵叶片合成并积累含氮甾体生物碱，证明了作者的假设。
总之作者发现了甾体糖苷生物碱合成途径中N原子插入的机制，证明了GABA-T2酶是SGA合成的关键酶，这为后续茄科植物甾体代谢物研究提供了新的思路。
文章引用：https://doi.org/10.1038/s41589-024-01735-w
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01735-w
