Amaryllidaceae alkaloids: identification and partial characterization of montanine production in Rhodophiala bifida plant
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Alcaloides de Amaryllidaceae: identificação e caracterização parcial da produção de montanina na planta Rhodophiala bifida
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Resumo
Rhodophiala bifida (R. bifida) is a representative of the Amaryllidaceae plant family and is rich in montanine, an alkaloid with high pharmaceutical potential. Despite the interest in these compounds, many steps of the biosynthetic pathway have not been elucidated. In this study, we identified the alkaloids produced in different organs of R. bifida under different growth conditions, set up the conditions for in vitro R. bifida regeneration and initiated the molecular characterization of two R. bifida genes involved in alkaloids biosynthesis: the Norbelladine 4′-O-Methyltransferase (RbN4OMT) and the Cytochrome P450 (RbCYP96T). We show that montanine is the main alkaloid produced in the different R. bifida organs and developed a direct organogenesis regeneration protocol, using twin-scale explants cultivated on media enriched with naphthalene acetic acid and benzyladenine. Finally, we analyzed the RbN4OMT and RbCYP96T gene expressions in different organs and culture conditions and compared them to alkaloid production. In different organs of R. bifida young, adult and regenerated plants, as well as under various growing conditions, the transcripts accumulation was correlated with the production of alkaloids. This work provides new tools to improve the production of this important pharmaceutical compound and for future biotechnological studies.
Abstract
Rhodophiala bifida (R. bifida) é uma representante da família de plantas Amaryllidaceae e é rica em montanina, um alcaloide com alto potencial farmacêutico. Apesar do interesse nesses compostos, muitas etapas da via biossintética não foram elucidadas. Neste estudo, identificamos os alcaloides produzidos em diferentes órgãos de R. bifida sob diferentes condições de crescimento, estabelecemos as condições para a regeneração in vitro de R. bifida e iniciamos a caracterização molecular de dois genes de R. bifida envolvidos na biossíntese de alcaloides: a Norbelladine 4'-O-Methyltransferase (RbN4OMT) e o Citocromo P450 (RbCYP96T). Mostramos que a montanina é o principal alcaloide produzido nos diferentes órgãos de R. bifida e desenvolvemos um protocolo de regeneração de organogênese direta, usando explantes de escala dupla cultivados em meios enriquecidos com ácido naftaleno acético e benziladenina. Finalmente, analisamos as expressões dos genes RbN4OMT e RbCYP96T em diferentes órgãos e condições de cultura e as comparamos com a produção de alcalóides. Em diferentes órgãos de plantas jovens, adultas e regeneradas de R. bifida, bem como sob várias condições de crescimento, o acúmulo de transcritos foi correlacionado com a produção de alcalóides. Este trabalho fornece novas ferramentas para melhorar a produção deste importante composto farmacêutico e para futuros estudos biotecnológicos.
Assunto
Farmacologia, Bioquímica
Palavras-chave
Pharmacology, Biochemistry
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https://www.nature.com/articles/s41598-019-44746-7