苦楝青霉属内生菌中杂萜类天然产物及其化学防御功能研究

杂萜（Meroterpenoid）是指在生源途径上来源于萜类和聚酮前体的一类天然产物，普遍存在于青霉属的内生菌中。由于内生菌同宿主植物协同进化的结果，苦楝中青霉属内生菌的杂萜类成分不仅结构类似于宿主植物的代表成分柠檬苦素，而且具有与柠檬苦素相近的强杀虫活性，是一类新型的具有潜在农药用价值的天然产物。本实验室前期研究中还发现青霉属内生菌具有抗植物病原菌的作用，并建立了青霉菌的最佳发酵条件。.本项目首先在初步分离获得杂萜的基础上建立该类化合物快速灵敏的LC/MS分析手段，以此作为主要的检测方法，寻找加入生源前体的最佳发酵条件，诱导青霉菌产生结构多样的杂萜成分。然后以LC/MS分析手段为指导，进行有针对性的分离制备杂萜类成分，进而研究其杀虫和抗植物病原菌的活性，建立杂萜类成分化学防御功能的构效关系。本项目对于从植物-内生菌共生体系中寻找结构新颖的、活性更强的农用先导物提供新的思路、方法和依据。

本项目选取了5株关键内生菌，采用OSMAC策略和表观基因修饰手段调节代谢产物的多样性，共分离鉴定了146个代谢产物，包括3个骨架结构新颖的聚酮产物和其它14个新化合物。在此基础上通过微生物转化的获得了18个倍半萜。. 由于天然产物的环系结构复杂，手性中心多，含量低，因此其绝对构型的鉴定（特别是柔性分子）一直是结构研究中的难点。本项目采用NaIO4/RuCl3降解柔性侧链以获取关键手性片段。在分子模拟的过程中，采用分子动力学分析构象，利用TDDFT模拟解读归属实验CD图谱，成功鉴定了带有柔性大环的新细胞松弛素以及高度柔性的聚酮产物的绝对构型。. 为了提高去重复研究的水平，本项目在实施过程中探寻了特征性成分吲哚二酮吡嗪和细胞松弛素的ESI质谱裂解规律。适当优化二级质谱的碰撞诱导能量，可以获得更高级别的裂解碎片，以搜集细胞松弛素的专属裂解数据，用以在LC/MS中分析识别发酵产物中的目标成分。该裂解规律也同样用于分析后续分离过程中各个组分或活性部位中关键物质的结构特征和含量。. 本项目在活性筛选中发现吲哚二酮吡嗪Brevianamide F具有潜在的抑制植物生长的作用，强于广谱除草剂草甘膦，并呈现出剂量依赖性。通过对比同类天然结构，本项目总结了吲哚二酮吡嗪类物质抑制植物生长的构效关系。由于草甘膦是长效除草剂，在实际应用中很难从土壤中降解排除从而造成环境污染。相比之下，吲哚二酮吡嗪属于低毒高效的天然产物，与环境适应性好，因而更具开发前景。烟曲霉LN4中的二酮吡嗪 Fumitremorgin B和Verruculogen表现有较强的抗植物病原菌作用，近似于阳性对照多菌灵和恶霉灵。细胞松弛素Cytochalasin E具有潜在的卤虫毒性（LC50 2.79 μM）强于天然杀虫剂川楝素。此外，该化合物具有强于草甘膦的植物生长抑制作用，并表现出剂量依赖性。与其它同类结构相比，Cytochalasin E含有典型的碳酸烯酯结构，可能与其卤虫毒性和植物毒性密切相关，但具体作用机制有待于进一步研究。. 本项目在国家自然科学基金委的强力支持下，已培养博士2名，现已毕业，在读博士生1名，在读硕士生2名。到目前为止，已发表SCI论文8篇，其中JCR一区论文6篇。