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在植物陆化过程中，植物产生苯丙烷类化合物是其适应陆地生活的关键 【1】 。苯丙烷类化合物包括类黄酮、可溶性酚酯和生物聚合物前体等，这些化合物由对香豆酰CoA经过苯丙烷途径产生。在苯丙烷途径中，羟基肉桂酰CoA莽草酸羟基肉桂转移酶 （HYDROXYCINNAMOYL-CoA:SHIKIMATE HYDROXYCINNAMOYL TRANSFERASE，HCT） 催化对香豆酰CoA生成对香豆酰莽草酸，随后生成咖啡酰莽草酸。进一步的功能化是由HCT催化其生成咖啡酰CoA 【2,3】 。目前对于进化早期的有胚植物，例如苔藓和轮藻中HCT的性质和作用很少有文献记载。
2021年2月6日，法国斯特拉斯堡大学Hugues Renault等研究学者在The Plant Cell发表了题为Function of the HYDROXYCINNAMOYL-CoA:SHIKIMATE HYDROXYCINNAMOYL TRANSFERASE is evolutionarily conserved in embryophytes的研究论文，揭示了羟基肉桂酰CoA莽草酸羟基肉桂转移酶 （HCT） 在有胚植物中进化的高度保守性。
HCT基因在苔藓植物中具有功能保守性。系统发育分析表明，真正具有HCT功能的蛋白在有胚植物的原祖细胞就已经出现。在本研究中，研究者通过序列比对筛选到小立碗藓HCT候选基因 (Pp3c2_29140) 。共定位分析显示，PpHCT与对香豆酰酯3′-羟化酶 （PpCYP98） 共表达。体外酶分析显示，小立碗藓PpHCT类似于气生植物的HCT直系同源物，使用莽草酯作为天然酰基受体，产生对香豆素-5-o莽草酯中间产物。
研究者通过同源重组生成了4个独立的PpHCT缺失突变体 (δpphct) ，以探究PpHCT在小立碗藓中的功能。酶活分析检测显示，突变体蛋白提取物中HCT活性完全丧失，并且突变体表现为配子体发育缺陷的表型。对δpphct突变体的代谢分析证实，小立碗藓HCT通过生成对香豆素酰-5- o莽草酯中间体，在咖啡酸衍生物的产生中发挥关键作用。
基因回补实验显示，小立碗藓和地钱子草的HCT基因能够回补拟南芥的CRISPR/Cas9基因编辑的hct D7 突变体。为了进一步确定酚类莽草酯是否是有胚植物进化过程中保守的代谢中间体，研究者在三个主要苔藓植物谱系的代表性物种中检测到了咖啡酰-5-o-莽草酯的存在。进一步表明在有胚植物中，HCT功能具有较强的保守性。
综上所述，本研究通过结合电脑模拟、体外和体内等实验对小立碗藓HCT候选基因进行功能分析，证明了HCT在有胚植物进化过程中具有保守的催化性能和生理功能。
图 有胚植物中HCT功能的进化保守性
参考文献：
1.Weng, J.K. and Chapple, C. (2010). The origin and evolution of lignin biosynthesis. New Phytol. 187: 273– 285.
2.Hoffmann, L., Besseau, S., Geoffroy, P., Ritzenthaler, C., Meyer, D., Lapierre, C., Pollet, B., and Legrand, M. (2004). Silencing of hydroxycinnamoyl-coenzyme A shikimate/quinate hydroxycinnamoyltransferase affects phenylpropanoid biosynthesis. Plant Cell 16: 1446–1465.
3.Hoffmann, L., Maury, S., Martz, F., Geoffroy, P., and Legrand, M. (2003). Purification, cloning, and properties of an acyltransferase controlling shikimate and quinate ester intermediates in phenylpropanoid metabolism. J. Biol. Chem. 278: 95–103
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab044/6129780
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