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(hào) 2025/8/28 11:51:27

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原創(chuàng) 楊敏杰 中國(guó)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(jià)值；萜類環(huán)化酶（terpene cyclases, TCs）催化精細(xì)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(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物化學(xué)與天然藥物全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黎勝紅研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(dá)、基因敲除和體外酶活實(shí)驗(yàn)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(shí)別的酶功能域和經(jīng)典TCs的保守序列。在催化機(jī)制研究中，發(fā)現(xiàn)TriDTCs可能利用獨(dú)特的天冬氨酸三聯(lián)體DxxDxxxD啟動(dòng)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(jìn)化分析表明，TriDTCs僅分布于三個(gè)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(dú)立進(jìn)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(rèn)識(shí)，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(bào)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(guó)際著名期刊Nature communications（2025, 16: 7823），中國(guó)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金（82222072、22107103、U23A20510），中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB1230000），中國(guó)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(jì)劃青年人才專項(xiàng)（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