Metabolic Study on C29-Brassinosteroids in Young Rice Plants

It has been recently demonstrated the presence of not only $C_{28}-BRs$ biosysnthesis, but also $C_{27}-$ and $C_{29}-BRs$ biosynthesis in plants, suggesting that BRs biosynthesis are complicatedly connected to produce biologically active BR (s). This prompted us to investigation of metabolism of a $C_{29}-BR$, 28-homoCS in seedlings of rice from which $C_{29}-BRs$ such as 28-homoTE and 28-homoTY have been identified. In vitro enzyme conversion study using a crude enzyme solution prepared from rice seedlings revealed that 28-homoCS is converted into both CS and 26-nor-28-homoCS, but their reversed reaction did not occur. This indicated that 28-homoCS is biosynthetically converted into more biologically active $C_{28}-BR$, CS by C-28 demethylation and biodegraded into 26-nor-28-homoCS by C-26 demethylation. Next, bio-conversion of 28-homoCS to 28-homoBL was examined by the same enzyme solution. No 28-homoBL as a metabolite of 28-homoCS was detected, meaning that biosynthetic reaction for 28-homoCS to 28-homoBL is not contained, and main connection of $C_{28}-BRs$ and $C_{29}-BRs$ biosynthesis is between CS and 28-homoCS in the rice seedling. This study is the first demonstrated that $C_{29}-BRs$ and $C_{28}-BRs$ bionsynthetic pathways are connected, and that $C_{29}-BRs$ biosynthetic pathway is an alternative biosynthetic pathway to produce more biologically active $C_{28}-BR$, CS in plant.

벼 유식물을 이용한 C29-Brassinosteroids의 대사

BRs의 생합성 경로는 $C_{28}-BRs$ 생합성 경로 외에 $C_{27}-BRs$ 생합성 경로가 존재함이 확인되었고, 최근 $C_{29}-BRs$의 생합성 경로가 존재함이 보고되어 BRs의 생합성 과정이 복잡하게 연결되어 있을 가능성이 예상되었다. 이에 $C_{29}-BRs$인 28-homoTE와 28-homoTY 등이 동정된 벼의 유식물을 대상으로 하여 $C_{29}-BR$인 25-homoCS의 대사 과정을 조사하였다. 그 결과 in vitro 효소변환 연구를 통해 28-homoCS은 CS와 26-nor-28-homoCS으로 전환됨을 확인 할 수 있었으며, 그 역반응인 CS에서 28-homoCS로 또는 26-nor-28-homoCS에서 28-homoCS로의 전환은 일어나지 않음을 알 수 있었다. 이는 $C_{29}-BRs$인 28-homoCS은 C-28위치의 demethylation에 의해 보다 강한 활성의 $C_{28}-BRs$인 CS로 생합성 되는 과정과 C-26 위치의 demethylation에 의해 26-nor-28-homoCS으로 생분해 되는 과정이 존재함을 최초로 확인하였다. 한편, $C_{28}-BRs$인 CS에서 BL로의 전환과 동일한 반응이 $C_{29}-BRs$에서도 일어나는지 확인하고자 하였으나 벼 유식물에서는 28-homoCS에서 28-homoBL로 전환되지 않음을 확인 할 수 있었다. 이는 $C_{29}-BRs$와 $C_{28}-BRs$의 생합성과정의 연결이 28-homoCS에서 CS를 통하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 28-homoCS에서 CS로 전환되는 과정을 통하여 $C_{29}-BRs$ 또한 $C_{28}-BRs$ 와 동일한 과정을 거쳐 활성형의 CS로 전환됨을 확인 할 수 있었으며, BRs의 생합성은 $C_{27}-BRs$과 $C_{28}-BRs$의 생합성과정이 연결된 것처럼 $C_{29}-BRs$ 또한 $C_{28}-BRs$ 생합성 과정과 연결되어 있음을 확인 할 수 있었다. 즉, 활성형 BR인 CS은 $C_{27}-BRs$, $C_{28}-BRs$의 생합성 과정뿐만 아니라 $C_{29}-BRs$의 생합성 과정을 통하여 생성되는 과정이 식물체내에 존재함을 확인 할 수 있었다.