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西南大学邹懿教授课题组揭示真菌窗烷型杀虫活性倍半萜酶学合成新机制
发布时间: 2019-04-24 | 0 次浏览

月25日,西南大学药学院邹懿教授课题组在化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》(《德国应用化学》,IF: 12.102)在线发表了题为“Unprecedented [5.5.5.6]Dioxafenestrane Ring Construction in Fungal Insecticidal Sesquiterpene Biosynthesis”(真菌杀虫活性倍半萜中独特[5.5.5.6]-氧化型窗烷环的酶学合成)的原创性研究论文,揭示了真菌杀虫倍半萜天然产物中独特的[5.5.5.6]-氧化型窗烷环的酶学合成新机制。

从微生物代谢产物中发现具有显著抗虫活性且高效低毒的天然药物,不但可以解决化学农药的环境污染问题,而且是创制和开发新型绿色生物农药服务于农业生产的重要策略和有效途径。草地贪夜蛾(fall armyworm, Spodoptera frugiperda)遍布全球,是引起如水稻、小麦、玉米和棉花等多种重要农作物严重病害的最主要害虫之一,对全球的粮食生产安全造成严重影响。前期的生物活性研究表明,真菌来源的全新骨架类型的penifulvin类倍半萜对草地贪夜蛾的幼虫具有专一性的杀伤(penifulvin A 160 ppm的剂量即可引起74%的死亡率),因此,该类化合物被天然产物的权威综述性杂志Nat Prod Rep评价为最具开发价值的创新型生物农药之一。目前,该类化合物的化学全合成已有报道,但是其生物合成途径,特别是独特的[5.5.5.6]-氧化型窗烷环的酶学构建过程一直未知。

通过比较基因组学分析,体内基因敲除结合化合物喂养和体外酶活生化验证等实验,邹懿教授课题组克隆了penifulvin A的完整生物合成基因簇,鉴定了一个全新的倍半萜环化酶(PeniA)、一个多功能的细胞色素P450氧化酶(PeniB)和一个具有严格位置选择性的黄素腺嘌呤二核苷酸依赖的单氧化酶(PeniC)参与了[5.5.5.6]-氧化型窗烷环的形成。其中,PeniA催化线性的法呢基化焦磷酸前体环化为独特的角三环型倍半萜骨架silphinene,PeniB在此骨架上罕见地连续催化了多步氧化反应。通过启动子优化策略,邹懿教授课题组在模式菌株构巢曲霉中完整重构了penifulvin A的合成途径并实现了高效的异源生产。这为后续通过生物酶工程与合成生物学方法,改造、修饰和创制活性更高的penifulvin类衍生物奠定了良好的基础。

西南大学为该论文成果的第一完成单位,博士生曾海春为本文第一作者,邹懿教授为通讯作者,胡昌华教授为共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金委面上项目、国家重点研究开发计划、中央高校基本业务费重点项目、西南大学生物学“双一流”建设项目以及“聚贤工程”人才启动项目等基金资助。邹懿教授还受到国家海外高层次人才青年项目以及重庆市留学生创新创业计划重点项目支持。

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