昆明植物所發(fā)現(xiàn)全新非典型萜類環(huán)化酶及其調(diào)控真菌繁殖體形成功能

昆明市林草局專業(yè)號 2025/8/28 11:51:27

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原創(chuàng) 楊敏杰 中國科學(xué)院昆明植物研究所

萜類化合物是天然產(chǎn)物中數(shù)量最龐大的家族，具有重要的生物學(xué)功能和藥用價值；萜類環(huán)化酶（terpene cyclases, TCs）催化精細復(fù)雜的環(huán)化反應(yīng)，生成多樣化的萜類骨架，是萜類化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性的基礎(chǔ)。中國科學(xué)院昆明植物研究所植物化學(xué)與天然藥物全國重點實驗室黎勝紅研究團隊長期致力于新穎萜類化合物的發(fā)現(xiàn)、生物/化學(xué)合成及生物功能研究。團隊前期發(fā)現(xiàn)藥用植物火把花（Colquhounia coccinea var. mollis）腺毛富含一類具有防御功能和抗炎免疫等活性的新穎骨架二倍半萜（命名為火把花烷）（Org. Lett. 2013, 15: 1694），并從其內(nèi)生真菌深綠木霉菌（Trichoderma atroviride B7）中分離鑒定了系列抗菌活性哈茨木霉烷和木霉素二萜化合物（Phytochemistry 2020, 170: 112198）。近日，團隊成功從木霉屬真菌中挖掘并鑒定了一類新穎的非典型萜類環(huán)化酶，解析了木霉屬特征二萜的生物合成及生物學(xué)功能。

研究團隊通過酶活性導(dǎo)向蛋白分離，結(jié)合比較轉(zhuǎn)錄組分析，從木霉屬中挖掘到一類新型萜類環(huán)化酶TriDTCs，通過異源表達、基因敲除和體外酶活實驗鑒定了其功能。發(fā)現(xiàn)TriDTCs催化二萜直鏈前體GGPP環(huán)化生成哈茨木霉烷骨架化合物harzianol I和木霉素骨架化合物wickerol A。TriDTCs代表了一類全新的TCs，不包含可識別的酶功能域和經(jīng)典TCs的保守序列。在催化機制研究中，發(fā)現(xiàn)TriDTCs可能利用獨特的天冬氨酸三聯(lián)體DxxDxxxD啟動環(huán)化反應(yīng)，利用關(guān)鍵纈氨酸殘基調(diào)控產(chǎn)物特異性，并通過“門控”殘基維持酶活性。系統(tǒng)進化分析表明，TriDTCs僅分布于三個真菌屬中，且在木霉屬內(nèi)具有高度功能特異性，暗示其起源于木霉屬且具備獨立進化歷程。生物功能研究顯示，TriDTCs通過催化產(chǎn)生harzianol I調(diào)控真菌抗性繁殖體（木霉屬厚垣孢子和米曲霉菌核）的形成，從而參與真菌生存策略。

該研究破解了木霉屬特征二萜生物合成之謎，發(fā)現(xiàn)了一類全新的萜類環(huán)化酶亞家族，拓展了萜類環(huán)化酶多樣性及生物學(xué)意義的認識，為哈茨木霉烷和木霉素二萜的合成生物學(xué)制造及深入研究與開發(fā)利用奠定了重要基礎(chǔ)。該研究還首次報道了天然產(chǎn)物調(diào)控真菌抗性繁殖體形成，為提高木霉菌生物防治效能提供了新策略。研究結(jié)果以Noncanonical terpene cyclases for the biosynthesis of diterpenoids regulating chlamydospore formation in plant-associated Trichoderma為題發(fā)表于國際著名期刊Nature communications（2025, 16: 7823），中國科學(xué)院昆明植物研究所博士后楊敏杰為論文的第一作者，中國科學(xué)院昆明植物研究所/成都中醫(yī)藥大學(xué)黎勝紅研究員和劉燕教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金（82222072、22107103、U23A20510），中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDB1230000），中國博士后科學(xué)基金（2021M703285），云南省自然科學(xué)基金（202401BC070016）以及云南省興滇英才支持計劃青年人才專項（XDYC-QNRC-2024-560）的支持。

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圖1 TriDTCs催化哈茨木霉烷和木霉素二萜合成及調(diào)控真菌抗性孢子生成功能示意圖

文：楊敏杰