科研人员基于基因组靶向挖掘发现真菌黄酮生物合成新机制

yuneu 互联网资讯 2023-03-07 261 0

黄酮是普遍存在于动物中的一大类天然产品，如花青素、大豆异黄酮、水飞蓟宾等，在功用性食物、医药等范畴具有重要的应用价值。目前，黄酮资本依赖动物获得，受造于动物种植周期长、组分多含量低、别离纯化工艺复杂等短处而具有产能小、成本高档问题，限造了黄酮类产物的应用开发和市场拓展。操纵合成生物手艺设想构建黄酮细胞工场，鞭策动物黄酮的微生物高效消费成为重要的处理计划。因为物种差别，动物黄酮合成路子在微生物中异源重构面对适配性差、产量低等问题，间隔贸易化仍有较大差距。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所吕雪峰团队在丝状实菌中发现了黄酮生物合成基因簇（BGCs），通过合成路子解析了实菌黄酮合成新机造，丰硕了对黄酮类化合物生物合成的认识，并为合成生物手艺开发供给了新选择（图1）。相关研究功效颁发在《德国应用化学》上。

操纵自抗性基因共定位（SRGD）战略是开展天然产品基因组发掘的有效体例，为了探寻具有抗菌和除草活性的天然产品，研究以合成收链氨基酸的关键酶乙酰乳酸合酶（ALS）为探针，在亮白曲霉中发现了负责合成黄酮类化合物氯黄酮的生物合成基因簇（图2）。活性评价显示，氯黄酮具有按捺拟南芥种子萌生和按捺病原菌生长的活性，而体内和体外尝试也证明cfoL确是编码ALS的氯黄酮自抗性基因，因而具有开发成为除草剂和抗生素的潜力。

动物黄酮的生物合成路子目前已清晰，起首是查耳酮合酶（CHS）III型PKS以对羟基肉桂酰辅酶A为起始单位与3分子乙酰辅酶A缩合构成查耳酮，然后在查耳酮异构酶（CHI）感化下构成黄烷酮，由黄酮合酶（FNS）进一步催化黄烷酮构成黄酮骨架，最初在润色酶的感化下构成多种多样的黄酮类化合物。研究通过基因敲除、同位素标识表记标帜尝试发现，亮白曲霉中查尔酮骨架由NRPS-PKS杂合酶CfoA以苯甲酸或对羟基苯甲酸为起始单位与4分子乙酰辅酶A缩合构成，而非是动物的III型PKS拆配形式，申明实菌黄酮骨架合成机造与动物存在显著差别。

以此为根底，研究通过基因敲除和体外酶活尝试发现，CfoK催化查耳酮关环生成黄烷酮，与动物中的CHI具有不异的功用。然而，CfoK与目前已发现的CHI存在差别的进化关系。基于AlphaFold2预测的卵白量构造模仿和定点突变尝试表白，CfoK通过His33介导的酸碱催化诱发查耳酮发作Oxa-Michael加成反响，以6-endo-trig关环体例构成构型专一的黄烷酮（图4），那一机造差别于动物CHI中水介导的催化过程，因而CfoK是一种新颖的实菌查耳酮异构酶。

亮白曲霉中由黄素依赖型氧化复原酶CfoJ行使黄酮合酶（FNS）功用，将黄烷酮转化为黄酮，同时，进化树阐发显示其与已知的FNS I（2-酮戊二酸依赖型双加氧酶）和FNS II（细胞色素氧化酶P450）处于差别的分收。卵白量构造预测和定点突变尝试成果显示，CfoJ是通过典型的黄素依赖型氧化复原酶催化机造介导C2-C3位的脱氢，将黄烷酮转化为黄酮，那与动物FNS的自在基催化机造完全差别，因而CfoJ是一种新型的实菌黄酮合酶（图5）。

该研究完好分析了实菌黄酮奇特的生物合成路子，提醒了实菌黄酮合成路子在进化上是独立的而非通过基因程度转移从动物中获得。那丰硕了天然界黄酮生物合成的多样性，为黄酮的合成生物手艺开发与微生物高效造造供给了新思绪，并对黄酮的应用价值开发具有重要意义。研究工做得到国度重点研发方案、国度天然科学基金、山东省的撑持。