内生真菌无花果拟盘多毛孢中chloropupkeananin的生物合成及其调控机制研究

Endophytic fungi have been demonstrated to be a rich source of biologically active metabolites with diverse structural features. Chemical investigations of the plant endophyte Pestalotiopsis fici led to the discovery of an array of novel metabolites including chloropupukeananin, the first chloropupukeanane derivative with a highly functionalized tricyclo-[4.3.1.03,7]-decane skeleton and related compounds showing significant antimicrobial, antitumor, and anti-HIV activities. Chloropupukeananin could be derived from the Diels-Alder adduct of pestheic acid and iso-A82775C based on the chemical studies. However, nothing is known about the biosynthesis of chloropupukeanane and its regulatory mechanism. Recently, we have identified the gene clusters for pestheic acid and iso-A82775C biosynthesis in P. fici, and elucidated the pestheic acid biosynthetic pathway. In this project, we will investigate the novel biosynthetic pathway of iso-A82775C, chloropupkeananin formation and the regulatory mechanism of pestheic acid and iso-A82775C biosynthesis.

植物内生真菌无花果拟盘多毛孢能够产生多种结构新颖、活性广泛的次级代谢产物。其中chloropupkeananin是首次发现的含氯的三环癸烷类新骨架化合物，具有良好的抗菌、抗肿瘤及抑制HIV复制活性。前期工作表明该化合物可能来源于pestheic acid（PA）和iso-A82775C的Diels-Alder加成反应，但具体的合成途径和调控机制还一无所知。在成功克隆了上述两个化合物的生物合成基因簇后，我们初步阐明了PA的生物合成途径。在此基础上，本课题拟通过分子生物学手段解析iso-A82775C的生物合成途径，进而阐明chloropupkeananin的生物合成机制，同时开展PA和iso-A82775C生物合成的调控机制研究。本课题的研究将揭示chloropupkeananin形成过程中新的合成机制和新的调控机制，对该类化合物的理性改造和应用起到积极的推动作用。

由无花果拟盘多毛孢产生的Chloropupukeananin属于含氯三环癸烷类化合物，具有独特的化学结构和良好的生物活性，极具成药潜力。系统的化学研究暗示pestheic acid（PA）和iso-A82775C是Chloropupukeananin的两个前体。前期工作确定了PA的生物合成基因簇，并推测了其生物合成途径。本课题在此基础上结合iso-A82775C的化学结构特征、无花果拟盘多毛孢的基因组序列分析以及基因敲除等首次确定了iso-A82775C的生物合成基因簇，并对参与异戊烯化的转移酶IacE的功能进行了深入研究。初步阐明了iso-A82775C的生物合成途径,并在iacE突变株中获得了一系列chloropestolide类新结构化合物。该工作不仅解析了iso-A82775C生物合成中的重要步骤，同时为理性获得新化合物提供了新的策略。同时,我们发现maldoxin而非PA直接参与Diels-Alder加成反应，同iso-A82775C缩合成Chloropupukeananin，在这一过程中证明ptaK参与maldoxin的合成。此外，我们还系统研究了PA生物合成的分子调控机制，首次提出了依赖于PtaR2蛋白的的产物正反馈调控模式。PtaR2是一个含有典型的锌指结构域的蛋白。敲除ptaR2的基因导致PA不再产生。转录实验结果表明，ptaR2正调控簇内绝大多数基因的转录。凝胶阻滞和CHIP-assay实验进一步证明了PtaR2通过直接调控这些结构基因的表达进而调控PA的生物合成。在不产PA的ptaA基因敲除突变株中，受PtaR2调控的基因的转录水平都明显低于野生株中相应的基因。ITC实验进一步证明，终产物PA能够作为PtaR2的配体促进其与结构基因的结合，从而进一步刺激终产物的产生，推测这种PA生物合成过程中的精密的正反馈调控机制可能在内生真菌抗击宿主植物氧化胁迫中发挥着重要的作用。