Indole-3-acetic acid (IAA), gibberellins (GAs), salicylic acid (SA) and jasmonic acid (JA) exist in methyl ester forms in plants in addition to their free acid forms. The enzymes that catalyze methylation of these carboxylic acid phytohormones belong to a same protein family, the SABATH methyltransferases. While the genes encoding these enzymes have been isolated from a small number of flowering plants, little is known about their occurrence and evolution in non-flowering plants. Here, we report the systematic characterization of the SABATH family from Norway spruce (Picea abies), a gymnosperm. The Norway spruce genome contains ten SABATH genes (PaSABATH1-10). Full-length cDNA for each of the ten PaSABATH genes was cloned and expressed in Escherichia coli. Recombinant PaSABATHs were tested for activity with IAA, GA, SA, and JA. Among the ten PaSABATHs, five had activity with one or more of the four substrates. PaSABATH1 and PaSABATH2 had the highest activities with IAA and SA, respectively. PaSABATH4, PaSABATH5 and PaSABATH10 all had JA as a preferred substrate but with notable differences in biochemical properties. The structural basis of PaSABATHs in discriminating various phytohormone substrates was inferred based on structural models of the enzyme-substrate complexes. The phylogeny of PaSABATHs with selected SABATHs from other plants implies that the enzymes methylating IAA are conserved in seed plants whereas the enzymes methylating JA and SA have independent evolution in gymnosperms and angiosperms.

中文翻译：

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挪威云杉 ( Picea abies ) 中甲基化植物激素的 SABATH 甲基转移酶的生化特征

吲哚-3-乙酸 (IAA)、赤霉素 (GA)、水杨酸 (SA) 和茉莉酸 (JA) 除了游离酸形式外，还以甲酯形式存在于植物中。催化这些羧酸植物激素甲基化的酶属于同一蛋白质家族，即 SABATH 甲基转移酶。虽然编码这些酶的基因是从少数开花植物中分离出来的，但对它们在非开花植物中的发生和进化知之甚少。在这里，我们报告了来自裸子植物挪威云杉 (Picea abies) 的 SABATH 家族的系统特征。挪威云杉基因组包含十个 SABATH 基因 (PaSABATH1-10)。10 个 PaSABATH 基因的全长 cDNA 被克隆并在大肠杆菌中表达。用 IAA、GA、SA 和 JA 测试重组 PaSABATHs 的活性。在十个 PaSABATH 中，五个对四种底物中的一种或多种具有活性。PaSABATH1 和 PaSABATH2 分别对 IAA 和 SA 具有最高的活性。PaSABATH4、PaSABATH5 和 PaSABATH10 均以 JA 作为首选底物，但在生化特性上存在显着差异。基于酶-底物复合物的结构模型推断了 PaSABATHs 在区分各种植物激素底物方面的结构基础。PaSABATHs 与从其他植物中选择的 SABATHs 的系统发育表明甲基化 IAA 的酶在种子植物中是保守的，而甲基化 JA 和 SA 的酶在裸子植物和被子植物中具有独立进化。PaSABATH5 和 PaSABATH10 均以 JA 作为首选底物，但在生化特性上存在显着差异。基于酶-底物复合物的结构模型推断了 PaSABATHs 在区分各种植物激素底物方面的结构基础。PaSABATHs 与从其他植物中选择的 SABATHs 的系统发育表明甲基化 IAA 的酶在种子植物中是保守的，而甲基化 JA 和 SA 的酶在裸子植物和被子植物中具有独立进化。PaSABATH5 和 PaSABATH10 均以 JA 作为首选底物，但在生化特性上存在显着差异。基于酶-底物复合物的结构模型推断了 PaSABATHs 在区分各种植物激素底物方面的结构基础。PaSABATHs 与从其他植物中选择的 SABATHs 的系统发育表明甲基化 IAA 的酶在种子植物中是保守的，而甲基化 JA 和 SA 的酶在裸子植物和被子植物中具有独立进化。