142-08-5 / 王成樹研究組揭示昆蟲真菌合成2-吡啶酮的調(diào)控機(jī)理與功能

2021年12月14日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊mBio在線發(fā)表了王成樹研究組題為“Inductive production of the iron-chelating 2-pyridones benefits the producing fungus to compete for diverse niches”的研究論文。該工作報(bào)道了昆蟲病原真菌球孢白僵菌同其他真菌競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生具有鐵離子螯合活性的2-吡啶酮(2-pyridone)類化合物，幫助白僵菌拮抗其他真菌、應(yīng)對(duì)貧鐵或富鐵微環(huán)境等。

球孢白僵菌廣泛用于農(nóng)林業(yè)害蟲生物防治，該菌基因組含有合成不同活性成分的次級(jí)代謝基因簇，但在正常培養(yǎng)條件下多呈現(xiàn)為沉默狀態(tài)，不同基因簇負(fù)責(zé)代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、活性、合成機(jī)理與生物學(xué)功能等多不清楚。研究組前期研究表明，球孢白僵菌與羅伯茨綠僵菌混合感染昆蟲時(shí)，前者表現(xiàn)為“弱者”的角色，即相同孢子濃度下無(wú)法同綠僵菌競(jìng)爭(zhēng)感染同一昆蟲個(gè)體；但在離體培養(yǎng)條件下，球孢白僵菌可以抑制及排斥綠僵菌的生長(zhǎng)，從而表現(xiàn)出適應(yīng)性的環(huán)境競(jìng)爭(zhēng) (J. Fungi, 2021)，但涉及的機(jī)理不清楚。

球孢白僵菌（左）與羅伯茨綠僵菌（中）混合感染昆蟲（右）

該論文研究發(fā)現(xiàn)，白僵菌和綠僵菌混菌發(fā)酵可誘導(dǎo)一類新型化合物的產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)鑒定表明該類化合物為2-吡啶酮類生物堿，由保守的聚酮合成酶和非核糖體多肽合成酶（PKS-NRPS）TenS基因簇負(fù)責(zé)合成，該基因簇只存在于白僵菌中，且在純培養(yǎng)時(shí)表現(xiàn)為沉默現(xiàn)象。針對(duì)該基因簇進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與功能驗(yàn)證，獲得負(fù)責(zé)調(diào)控tenS基因簇的特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子TenR。利用tenR過(guò)表達(dá)菌株進(jìn)一步開展基因缺失及產(chǎn)物分離鑒定，獲得7種新化合物；尤其是發(fā)現(xiàn)TenS基因簇外的一對(duì)糖基及甲基轉(zhuǎn)移酶負(fù)責(zé)主產(chǎn)物15-hydroxytenellin (15-HT)的糖基化修飾。實(shí)驗(yàn)證明，15-HT能夠競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合鐵離子，抑制綠僵菌孢子萌發(fā)與生長(zhǎng)，從而幫助白僵菌拮抗綠僵菌。另外研究發(fā)現(xiàn)，tenR過(guò)表達(dá)菌株還能夠更好地適應(yīng)富鐵或貧鐵培養(yǎng)基條件，增強(qiáng)了對(duì)昆蟲的殺蟲毒力等。該工作豐富了2-吡啶酮類生物堿的生物合成與調(diào)控機(jī)制，證明具有鐵螯合功能的15-HT對(duì)于白僵菌具有重要的生態(tài)學(xué)功能。

白僵菌合成2-吡啶酮及其系列前體和衍生物（紅色標(biāo)記為新鑒定的化合物）