两种产二倍半萜植物的内生真菌与宿主植物次生代谢之间的关系研究

There is a long-term coevolution relationship between the secondary metabolism of plant endophytic fungi and their hosts. Sesterterpenoids as a new class of plant secondary metabolites, have complex structures, important biological functions, and broad pharmacological activities, attracting more and more attention in recent years. Our previous work on two Labiatae plants belonging two defferent genera, Leucosceptrum canum and Colquhounia coccinea var. mollis, led to the discovery of two new classes of sesterterpenoids with novel skeletons (named leucosceptrane and colquhounane respectively), which share common ring systems but partial opposite stereochemistries, and distinct post-modification rules, while both types of sesterterpenoids showed significant defensive functions against insect herbivores and pathogenic fungi. Thus, it is of important to decipher the relationship between the biosynthesis of these special sesterterpenoids in the two plants and their endophytic fungi. This project aims to isolate and identify the endophytic fungi in L. canum and C. coccinea var. mollis, and systemically investigate their secondary metabolites, to find out whether these endophytes could produce similar sesterterpenoids or analogues. Then a study on the sesterterpenoid accumulation pattern induced by treating the above two plants with the endophytic fungi and their secondary metabolites will be carried out, hoping to disclose the influence of the endophytic fungi on the biosynthesis of plant sesterterpenoids. Furthermore, this project aims to search genes encoding the key enzymes for sesterterpenoid biosynthesis from the endophytic fungi, thus to help explore the origin and evolution of plant sesterterpenoids. The findings of this research are expect to reveal the coevolution relationship between endophytic fungi in those two plants and their host plants.

植物内生真菌与宿主植物的次生代谢之间存在着长期协同进化关系。二倍半萜由于其复杂的化学结构、重要的生物功能和广泛的药理活性而成为近年来受关注的植物次生代谢产物重要新类群。前期研究中从两种不同属的唇形科植物米团花和火把花中发现了两类新颖骨架的二倍半萜，环系相近但部分立体化学相反，后修饰规律明显差异，对植食性昆虫和病原真菌均具有重要防御功能，因此诠释该两种植物的内生真菌与其特殊次生代谢产物二倍半萜生物合成之间的关系具有重要科学意义。本项目拟对米团花和火把花中的内生真菌进行分离和鉴定，系统开展其次生代谢产物研究，以期发现二倍半萜或其类似物；研究内生真菌及其次生代谢产物对该两种植物二倍半萜积累的诱导作用，阐释内生真菌对植物二倍半萜生物合成的影响；从内生真菌中寻找二倍半萜生物合成关键酶基因，探讨植物二倍半萜的起源与进化。研究结果可望揭示米团花和火把花内生真菌与宿主植物次生代谢之间的协同进化关系。

项目对米团花和火把花内生真菌及其次生代谢产物化学多样性开展了系统研究，并对内生真菌与宿主植物之间的化学互作进行了探讨。从米团花和火把花各组织中分别鉴定内生真菌83株和89株。对6株米团花源内生真菌次生代谢产物进行了系统的分离，共鉴定化合物111个，其中新化合物44个；对4株火把花内生真菌次生代谢产物进行了系统的分离，共发现化合物192个，其中新化合物55个。.对米团花源内生真菌Fusarium sp. M-22.3次生代谢物的研究中，发现了二倍半萜4个（Fu-27-30），骨架上该类二倍半萜与米团花烷有一定的相似。利用同源PCR分析及基因组测序，克隆并鉴定内生真菌中二倍半萜生物合成的关键酶基因，已构建到大肠杆菌中进行表达，检测到了二倍半萜产物。在该菌中还发现新的螺环取代菖蒲烷型倍半萜10个（Fu-1-10），还发现新的含氮类化合物7个（Fu-41-47）。对火把花源内生真菌绿色木霉Trichoderma viride B7的研究中，发现新的哈茨木霉烷二萜5个（B7-11-14，Tr-23），通过活性筛选发现，B7-14对藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌都有很强的生长抑制作用。还发现新的没药烷型倍半萜6个（Tr-1-6）；新的环戊烷型倍半萜10个（B7-1-5；Tr-9，16-19），本研究丰富了木霉菌次生代谢物的化学多样性。对火把花源内生真菌Alternaria sp. HPB-8次生代谢物开展了研究，共分离鉴定化合物78个，发现新的苯醚类化合物16个，以及卤族元素取代，氧芴类和异香豆素类化合物。.为了探讨内生真菌对植物特殊次生代谢的影响，利用5种火把花源内生真菌对其幼苗进行侵染。结果发现5种不同属的内生真菌都能影响火把花烷A、B和C的含量，并且T. viride B7侵染植株后还出现新的代谢产物。随后发现T. viride B7能够利用酵母产生的GFPP将其转化成新的二倍半萜。进一步研究发现，米团花源内生真菌炭疽菌Colletotrichum sp. M-1能够代谢米团花烷二倍半萜化合物L-24。由此表明内生真菌不仅能够影响宿主二倍半萜类次生代谢产物的代谢，甚至还能参与宿主次生代谢的调控。.本项目发表论文3篇，其中SCI论文2篇，授权发明专利1项，已协助培养硕士研究生2名，在读博士研究生1名。项目执行期间课题负责人晋升为教授职称。