Published July 31, 2019
| Version v1
Publication
Open
Identification and Functional Characterization of Genes Involved in the Biosynthesis of Caffeoylquinic Acids in Sunflower (Helianthus annuus L.)
Creators
- 1. Chulalongkorn University
Description
Sunflower (Helianthus annuus L.) sprouts accumulate high amounts of caffeoylquinic acids (CQAs) including chlorogenic acid (5-CQA) and 1,5-diCQA. These compounds, which can be found in many plants, including tomato, globe artichoke, and chicory, have many health benefits, including antioxidant, antihepatotoxic, and antiglycative activities. However, CQA profiles and biosynthesis have not previously been studied in sunflower sprouts. In the present study, we found that 5-CQA and 1,5-diCQA were the major CQAs found in sunflower sprouts. We also identified minor accumulation of other CQAs, namely 3-CQA, 4-CQA, 3,4-diCQA, and 4,5-diCQA. According to genome-wide identification and phylogenetic analysis of genes involved in CQA biosynthesis in sunflower, three genes (HaHQT1, HaHQT2, and HaHQT3) encoding hydroxycinnamoyl CoA:quinate hydroxycinnamoyl transferase (HQT) and two genes (HaHCT1 and HaHCT2) encoding hydroxycinnamoyl CoA:shikimate/quinate hydroxycinnamoyl transferase (HCT) were identified. Expression analysis of these five genes in hypocotyls and cotyledons strongly suggested that HaHQT2 could be the main enzyme responsible for CQA biosynthesis, as HaHQT2 had the highest expression levels. In addition, when transiently expressed in the leaves of Nicotiana benthamiana, all three HaHQTs, which were soluble and not membrane-bound enzymes, could increase the content of 5-CQA by up to 94% compared to that in a control. Overall, our results increase understanding of CQA biosynthesis in sunflower sprouts and could be exploited by plant breeders to enhance accumulation of health-promoting CQAs in these plants.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
براعم عباد الشمس (Helianthus annuus L.) تتراكم كميات عالية من أحماض الكافيويلكويني (CQAs) بما في ذلك حمض الكلوروجينيك (5 - CQA) و 1،5 - diCQA. هذه المركبات، التي يمكن العثور عليها في العديد من النباتات، بما في ذلك الطماطم والخرشوف العالمي والهندباء، لها العديد من الفوائد الصحية، بما في ذلك الأنشطة المضادة للأكسدة ومضادة للكبد ومضادة للسكر. ومع ذلك، لم تتم دراسة ملفات CQA والتخليق الحيوي سابقًا في براعم عباد الشمس. في الدراسة الحالية، وجدنا أن 5 - CQA و 1،5 - diCQA كانت CQAs الرئيسية الموجودة في براعم عباد الشمس. حددنا أيضًا تراكمًا طفيفًا لـ CQAs الأخرى، وهي 3 - CQA و 4 - CQA و 3،4 - diCQA و 4،5 - diCQA. وفقًا للتحديد على مستوى الجينوم والتحليل الوراثي للجينات المشاركة في التخليق الحيوي لـ CQA في عباد الشمس، تم تحديد ثلاثة جينات (HaHQT1 و HaHQT2 و HaHQT3) ترميز هيدروكسي سينامويل CoA: هيدروكسي سينامويل ترانسفيراز quinate (HQT) وجينينين (HaHCT1 و HaHCT2) ترميز هيدروكسي سينامويل CoA: هيدروكسي سينامويل ترانسفيراز shikimate/quinate (HCT). اقترح تحليل التعبير لهذه الجينات الخمسة في hypocotyls و cotyledons بقوة أن HaHQT2 يمكن أن يكون الإنزيم الرئيسي المسؤول عن التخليق الحيوي CQA، حيث أن HaHQT2 لديه أعلى مستويات التعبير. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم التعبير عنها بشكل عابر في أوراق Nicotiana benthamiana، فإن جميع الإنزيمات الثلاثة HaHQTs، والتي كانت قابلة للذوبان وليست مرتبطة بالغشاء، يمكن أن تزيد من محتوى 5 - CQA بنسبة تصل إلى 94 ٪ مقارنة بتلك الموجودة في عنصر التحكم. بشكل عام، تزيد نتائجنا من فهم التخليق الحيوي CQA في براعم عباد الشمس ويمكن استغلالها من قبل مربي النباتات لتعزيز تراكم CQAs المعززة للصحة في هذه النباتات.Translated Description (French)
Les pousses de tournesol (Helianthus annuus L.) accumulent de grandes quantités d'acides caféoylquiniques (CQA), y compris l'acide chlorogénique (5-CQA) et le 1,5-diCQA. Ces composés, que l'on trouve dans de nombreuses plantes, notamment la tomate, l'artichaut et la chicorée, présentent de nombreux avantages pour la santé, notamment des activités antioxydantes, antihépatotoxiques et antiglycatives. Cependant, les profils CQA et la biosynthèse n'ont pas été étudiés auparavant chez les pousses de tournesol. Dans la présente étude, nous avons constaté que le 5-CQA et le 1,5-diCQA étaient les principaux CQA trouvés dans les pousses de tournesol. Nous avons également identifié une accumulation mineure d'autres CQA, à savoir 3-CQA, 4-CQA, 3,4-diCQA et 4,5-diCQA. Selon l'identification à l'échelle du génome et l'analyse phylogénétique des gènes impliqués dans la biosynthèse de l'AQC chez le tournesol, trois gènes (HaHQT1, HaHQT2 et HaHQT3) codant pour l'hydroxycinnamoyl CoA :quinate hydroxycinnamoyl transférase (HQT) et deux gènes (HaHCT1 et HaHCT2) codant pour l'hydroxycinnamoyl CoA :shikimate/quinate hydroxycinnamoyl transférase (HCT) ont été identifiés. L'analyse de l'expression de ces cinq gènes dans les hypocotyles et les cotylédons a fortement suggéré que HaHQT2 pourrait être la principale enzyme responsable de la biosynthèse de l'AQC, car HaHQT2 avait les niveaux d'expression les plus élevés. De plus, lorsqu'ils sont exprimés de manière transitoire dans les feuilles de Nicotiana benthamiana, les trois HaHQT, qui étaient des enzymes solubles et non liées à la membrane, pourraient augmenter la teneur en 5-CQA jusqu'à 94 % par rapport à celle d'un témoin. Dans l'ensemble, nos résultats améliorent la compréhension de la biosynthèse de l'AQC chez les pousses de tournesol et pourraient être exploités par les sélectionneurs de plantes pour améliorer l'accumulation d'AQC bénéfiques pour la santé chez ces plantes.Translated Description (Spanish)
Los brotes de girasol (Helianthus annuus L.) acumulan altas cantidades de ácidos cafeoilquínicos (CQA), incluido el ácido clorogénico (5-CQA) y 1,5-diCQA. Estos compuestos, que se pueden encontrar en muchas plantas, como el tomate, la alcachofa y la achicoria, tienen muchos beneficios para la salud, incluidas actividades antioxidantes, antihepatotóxicas y antiglucosas. Sin embargo, los perfiles de CQA y la biosíntesis no se han estudiado previamente en los brotes de girasol. En el presente estudio, encontramos que 5-CQA y 1,5-diCQA fueron los principales CQA que se encuentran en los brotes de girasol. También identificamos una acumulación menor de otros CQA, a saber, 3-CQA, 4-CQA, 3,4-diCQA y 4,5-diCQA. De acuerdo con la identificación de todo el genoma y el análisis filogenético de los genes involucrados en la biosíntesis de CQA en girasol, se identificaron tres genes (HaHQT1, HaHQT2 y HaHQT3) que codifican hidroxicinamoil CoA:quinato hidroxicinamoil transferasa (HQT) y dos genes (HaHCT1 y HaHCT2) que codifican hidroxicinamoil CoA:shikimato/quinato hidroxicinamoil transferasa (HCT). El análisis de la expresión de estos cinco genes en hipocotiledóneos y cotiledones sugirió fuertemente que HaHQT2 podría ser la principal enzima responsable de la biosíntesis de CQA, ya que HaHQT2 tenía los niveles de expresión más altos. Además, cuando se expresan transitoriamente en las hojas de Nicotiana benthamiana, los tres HaHQT, que eran enzimas solubles y no unidas a la membrana, podrían aumentar el contenido de 5-CQA hasta en un 94% en comparación con el de un control. En general, nuestros resultados aumentan la comprensión de la biosíntesis de CQA en los brotes de girasol y podrían ser explotados por los fitomejoradores para mejorar la acumulación de CQA que promueven la salud en estas plantas.Files
pdf.pdf
Files
(4.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:262f29d4a0b0226c65b126c688c553ec
|
4.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديد وتوصيف وظيفي للجينات المشاركة في التخليق الحيوي لأحماض الكافيويلكويني في عباد الشمس (Helianthus annuus L.)
- Translated title (French)
- Identification et caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la biosynthèse des acides caféoylquiniques dans le tournesol (Helianthus annuus L.)
- Translated title (Spanish)
- Identificación y caracterización funcional de genes implicados en la biosíntesis de ácidos cafeoilquínicos en girasol (Helianthus annuus L.)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2961811304
- DOI
- 10.3389/fpls.2019.00968
References
- https://openalex.org/W1483247593
- https://openalex.org/W1970686965
- https://openalex.org/W1972233711
- https://openalex.org/W1977607884
- https://openalex.org/W1977666346
- https://openalex.org/W1980516473
- https://openalex.org/W1980783983
- https://openalex.org/W1984075204
- https://openalex.org/W1985623204
- https://openalex.org/W1994250107
- https://openalex.org/W1998053175
- https://openalex.org/W2018919826
- https://openalex.org/W2020421892
- https://openalex.org/W2037364959
- https://openalex.org/W2040567177
- https://openalex.org/W2043434470
- https://openalex.org/W2054195154
- https://openalex.org/W2070225438
- https://openalex.org/W2084295910
- https://openalex.org/W2084676650
- https://openalex.org/W2096246214
- https://openalex.org/W2096771132
- https://openalex.org/W2109350489
- https://openalex.org/W2114570899
- https://openalex.org/W2117845434
- https://openalex.org/W2117987251
- https://openalex.org/W2121887669
- https://openalex.org/W2129095580
- https://openalex.org/W2131450751
- https://openalex.org/W2133569975
- https://openalex.org/W2142219614
- https://openalex.org/W2146256775
- https://openalex.org/W2152458080
- https://openalex.org/W2153550523
- https://openalex.org/W2158173168
- https://openalex.org/W2158365450
- https://openalex.org/W2162645436
- https://openalex.org/W2170766195
- https://openalex.org/W2263431729
- https://openalex.org/W2267159055
- https://openalex.org/W2311203695
- https://openalex.org/W2416389735
- https://openalex.org/W2475113595
- https://openalex.org/W2522028544
- https://openalex.org/W2581443065
- https://openalex.org/W2615046465
- https://openalex.org/W2616265326
- https://openalex.org/W2759508986
- https://openalex.org/W2761969886
- https://openalex.org/W2767115758
- https://openalex.org/W2767209834
- https://openalex.org/W2889010459
- https://openalex.org/W2949819099
- https://openalex.org/W4247313692