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微生物所等在真菌次级代谢研究中取得系列进展

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真菌作为自然界第二大类生物,是天然药物创制的重要来源。然而,大量真菌基因组测序表明,真菌中超过90%的次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态,极大地限制了新代谢产物的发现及其合成机制研究。中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室尹文兵课题组针对真菌中大量基因簇沉默的问题,长期从事从基因到次级代谢产物的研究,主要方向包括真菌次级代谢产物激活、生物合成及其调控机制研究,近一年来取得了如下几项系统性和原创性的成果:

1)使用表观遗传策略挖掘真菌天然产物多样性

尹文兵团队通过对植物内生真菌无花果拟盘多毛孢中的表观遗传调控因子进行定向遗传敲除,发现该菌的次级代谢产物指纹图谱发生了巨大变化(图1),从中分离鉴定得到了15个新的聚酮类天然产物,并通过同位素示踪法阐释了产物Ficiolide A的合成途径。

在该研究中,尹文兵团队通过对遗传转化技术进行改良,大大缩短了真菌转化的周期,该研究为新天然产物的发现提供了高效的方法。这一研究成果发表于Organic Letters(2016,18 (8), 1832–1835)。尹文兵课题组助理研究员吴广畏为文章的第一作者,尹文兵为文章通讯作者。该研究得到了中科院“百人计划”专项经费和国家自然科学基金的资助。

2)阐明重要生防菌淡紫拟青霉中脂肽类抗生素leucinostatins的生物合成途径

尹文兵团队通过对淡紫拟青霉进行基因组测序并结合比较基因组学分析,预测了脂肽类抗生素leucinostatins的合成基因簇。再通过对候选基因的遗传敲除,鉴定了leucinostatins的合成基因簇,并且解析了其合成途径(图2)。这一工作对防治植物线虫等多种病虫害药物的开发奠定了理论基础。

相关研究结果发表于国际刊物PloS Pathogens(12(7): e1005685)。尹文兵和中国农业科学研究院研究员谢丙炎为文章的并列通讯作者,尹文兵课题组博士刘志国、农科院博士王刚和林润茂为文章并列第一作者。

3)率先将真菌糖基转移酶应用于天然产物成药性改善

利用糖基化对活性天然产物修饰是改造其成药性的一个有效手段,目前常常利用真菌(近40%)作为宿主进行生物转化来获得,但至今还未从真菌中发现起作用的糖基转移酶。尹文兵团队利用生物转化导向的RNA-Seq技术从冻土毛霉中发现并鉴定了第一个糖基转移酶,并成功表达获得可溶性蛋白质。研究发现,该酶具有广泛的底物杂泛性和专一的立体选择性,主要以UDP-葡萄糖为糖基供体,可接受73个酚类物质为主的药物骨架化合物作为底物,进行氧糖基化反应,主产物的产率可达到60%以上。值得关注的是该酶对于含有异戊烯基的酚类底物的催化活性具有独有的专一性,糖基化的位置主要发生在异戊烯基邻位的羟基基团上,说明该酶催化的复杂性(图3)。微生物所研究员吴边对该结构进行了计算机模拟,对其催化的特殊性进行了解释。

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