海洋植物源真菌共培养增加其代谢产物分子多样性及抗植物病害菌活性研究

Marine fungi are rich sources of bioactive secondary metabolites with diverse structural features. However, the rate of finding new microbial natural products has significantly reduced in recent years. Apparently, many gene clusters are silent under the usual culture conditions. In contrast to this, co-cultivation of two or more different microorganisms within complex microbial communities by the interspecies interactions/competition,could initiate the transcription of silent genes to enhance the chemodiversity and antibiotics discovery of secondary metabolites. Our previous study showed that co-cultivation could increase the chemical diversity of the marine alga-derived endophytic fungi Penicillium chrysogenum EN-24s and Penicillium crustosum EN-311. Based on the previous studies, this project will focus on fungal-fungal co-cultivation strategies to increase the rate of new compounds discovery and enhance the chemical diversity and antimicrobial activities of fungal metabolites. Their structure-activity relationship as well as the significance of microbial interactions will also be discussed. This project plans to discover the regulation of accumulation of new compounds induced by co-cultivation, and explore the new idea for marine natural products research.

海洋真菌是发现新结构、强活性先导化合物的重要来源。而随着研究的不断深入，发现新结构、强活性天然产物的几率越来越低。另一方面，真菌中许多控制天然产物合成的基因簇在传统的培养方法中是沉默的。近年来的研究表明，采取共培养的策略，通过不同真菌之间的竞争作用，可以有效激活这些沉默途径，增加次级代谢产物的多样性和/或活性。我们前期研究发现，共培养可以显著影响海藻内生真菌产黄青霉EN-24s和皮落青霉EN-311次级代谢产物谱的变化，丰富其次级代谢产物的分子多样性，从而诱导产生结构新颖的代谢产物，且共培养的产物具有明显的抗菌活性。本项目拟在前期工作的基础上，通过海洋植物源真菌共培养研究，充分挖掘EN-24s和EN-311次级代谢产物合成的潜力，获得结构新颖、活性显著的次级代谢产物，探讨其构-效关系以及海藻内生真菌的菌-菌互作意义，总结共培养诱导新化合物产生的规律，探索海洋植物化学研究的新思路。

海洋真菌蕴含着丰富的次级代谢产物多样性，是发现活性先导化合物的重要来源。本项目按计划开展了海洋植物（红树林、海藻）源真菌代谢产物的化学多样性与抗植物病原菌活性研究。采用共培养和优化培养策略，开展了不同真菌发酵代谢产物的分离纯化与结构鉴定研究，包括对海藻内生真菌产黄青霉EN-24s与变幻青霉EN-394、皮落青霉EN-311与聚多曲霉EN-434、比莱青霉MA-267与鲜红青霉EN-480的共培养研究，以及对红树林来源海洋真菌芽枝状枝孢菌MA-299和青霉属真菌MA-231的优化单培养研究，从上述共培养与单培养发酵产物中共分离获得88个单体化合物，采用现代波谱技术鉴定了所有化合物的分子结构，其中24个为国际上首次报道的新结构化合物，结构类型丰富多样，包括混源萜、生物碱、聚酮、含硫环内酯类等，丰富了海洋天然产物的化学多样性，对所有分离获得的单体化合物进行了抗农业病害菌、人类致病菌和水产致病菌等生物活性评价，发现若干化合物具有显著的活性，有进一步研究开发的潜力。尤其从红树林真菌MA-267与海藻内生真菌EN-480的共培养发酵产物中发现的2个在单培养时没有产生的新颖混源萜类化合物，具有显著增强的抗农业病害菌小麦赤霉病菌的活性，说明通过共培养研究可以激活海洋真菌的沉默次级代谢途径，对研究发现具有抗菌活性的先导化合物具有重要意义。