Linarin (acacetin-7-O-rutinoside), isorhoifolin (apigenin-7-O-rutinoside), and diosmin (diosmetin-7-O-rutinoside) are chemically and structurally similar flavone rutinoside (FR) compounds found in Chrysanthemum L. (Anthemideae, Asteraceae) plants. However, their biosynthetic pathways remain largely unknown. In this study, we cloned and compared FRs and genes encoding rhamnosyltransferases (RhaTs) among eight accessions of Chrysanthemum polyploids. We also biochemically characterized RhaTs of Chrysanthemum plants and Citrus (Citrus sinensis and Citrus maxima). RhaTs from these two genera are substrate-promiscuous enzymes catalyzing the rhamnosylation of flavones, flavanones, and flavonols. Substrate specificity analysis revealed that Chrysanthemum 1,6RhaTs preferred flavone glucosides (e.g. acacetin-7-O-glucoside), whereas Cs1,6RhaT preferred flavanone glucosides. The nonsynonymous substitutions of RhaTs found in some cytotypes of diploids resulted in the loss of catalytic function. Phylogenetic analysis and specialized pathways responsible for the biosynthesis of major flavonoids in Chrysanthemum and Citrus revealed that rhamnosylation activity might share a common evolutionary origin. Overexpression of RhaT in hairy roots resulted in 13-, 2-, and 5-fold increases in linarin, isorhoifolin, and diosmin contents, respectively, indicating that RhaT is mainly involved in the biosynthesis of linarin. Our findings not only suggest that the substrate promiscuity of RhaTs contributes to the diversity of FRs in Chrysanthemum species but also shed light on the evolution of flavone and flavanone rutinosides in distant taxa.

中文翻译：

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鼠李糖基转移酶参与菊花中黄酮芸香苷的生物合成。

Linarin (acacetin-7-O-rutinoside)、isorhoifolin (apigenin-7-O-rutinoside) 和地奥司明 (diosmetin-7-O-rutinoside) 是化学和结构相似的黄酮芸香苷 (FR) 化合物，存在于 Chrysanthemum L 中。（菊科、菊科）植物。然而，它们的生物合成途径在很大程度上仍然未知。在这项研究中，我们克隆并比较了 8 个菊花多倍体种质中的 FR 和编码鼠李糖基转移酶 (RhaT) 的基因。我们还对菊花植物和柑橘（柑橘和柑橘）的 RhaT 进行了生化表征。来自这两个属的 RhaT 是底物混杂酶，可催化黄酮、黄烷酮和黄酮醇的鼠李糖基化。底物特异性分析表明，Chrysanthemum 1,6RhaTs 更喜欢黄酮糖苷（例如 acacetin-7-O-glucoside），而 Cs1、6RhaT 首选黄烷酮糖苷。在某些二倍体细胞型中发现的 RhaT 的非同义替换导致催化功能的丧失。负责菊花和柑橘中主要类黄酮生物合成的系统发育分析和专门途径表明，鼠李糖基化活性可能具有共同的进化起源。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。在某些二倍体细胞型中发现的 RhaT 的非同义替换导致催化功能的丧失。负责菊花和柑橘中主要类黄酮生物合成的系统发育分析和专门途径表明，鼠李糖基化活性可能具有共同的进化起源。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。在某些二倍体细胞型中发现的 RhaT 的非同义替换导致催化功能的丧失。负责菊花和柑橘中主要类黄酮生物合成的系统发育分析和专门途径表明，鼠李糖基化活性可能具有共同的进化起源。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。负责菊花和柑橘中主要类黄酮生物合成的系统发育分析和专门途径表明，鼠李糖基化活性可能具有共同的进化起源。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。负责菊花和柑橘中主要类黄酮生物合成的系统发育分析和专门途径表明，鼠李糖基化活性可能具有共同的进化起源。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。RhaT 在毛状根中的过表达分别导致亚麻苷、异霍福林和地奥司明含量增加 13、2 和 5 倍，表明 RhaT 主要参与亚麻苷的生物合成。我们的研究结果不仅表明 RhaTs 的底物混杂有助于菊花物种中 FRs 的多样性，而且还揭示了遥远分类群中黄酮和黄烷酮芸香苷的进化。