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        上海有機所在禾谷鐮孢菌毒力因子的研究中取得新進展
        2021-11-19 生命有機化學國家重點實驗室 | 【】【打印】【關閉
          禾谷鐮孢菌是引起小麥赤霉病、玉米赤霉莖腐病等農作物危害的重要病原真菌。近年來,禾谷鐮孢菌感染引起的赤霉病在世界范圍內頻繁爆發,造成嚴重的產量和經濟損失,該病原菌還會產生大量真菌毒素污染糧食,給人畜健康構成嚴重威脅。受限于禾谷鐮孢菌侵染作物的毒力因子、分子致病機制不清楚等問題,對于禾谷鐮孢菌的防治手段十分有限,主要集中在化學防治,還沒有完全有效的生物防治方法可供使用。深入研究禾谷鐮孢菌侵染作物的分子致病機制,發現新的毒力因子,對開發新的赤霉病生物防治方法具有重要意義。
          上海有機所劉文團隊和分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所唐威華團隊長期合作,對禾谷鐮孢菌的毒力因子及其侵染機制展開了系統研究。他們通過轉錄組學、基因敲除、代謝分析等手段發現基因簇fg3_54產生的非核糖體八肽fusaoctaxin A是禾谷鐮孢菌侵染小麥的重要毒力因子,該毒力因子通過影響宿主細胞間的滲透過程而促進禾谷鐮孢菌對植物的侵染(Nat. Commun. 2019, 10, 922)。近期,他們對基因簇fg3_54產生的代謝產物進行了深入分析,發現了一個新的毒力因子fusaoctaxin B,并通過詳盡的體內和體外實驗揭示了其生物合成特殊前體胍基乙酸(GAA)單元的全新生物合成途徑(J. Am. Chem. Soc. 2021, /doi.org/10.1021/jacs.1c07770)。
          不同于已知的胍基乙酸形成途徑——通過脒基轉移酶催化甘氨酸和精氨酸之間的親核取代,禾谷鐮孢菌僅利用精氨酸為底物,通過多酶催化的串聯反應對精氨酸進行修飾得到胍基乙酸。首先,精氨酸在細胞色素P450蛋白Fgm1存在下對C4位惰性C-H鍵活化得到4(R)-羥基精氨酸;然后,由PLP依賴的裂解酶Fgm3選擇性地催化Cβ-Cγ鍵斷裂得到胍基乙醛和丙氨酸;胍基乙醛不穩定,會自發環化,再經由脫氫氧化得到內酰胺中間體;最后,在金屬依賴的水解酶Fgm2作用下水解線性化得到胍基乙酸。胍基乙酸作為非天然氨基酸合成砌塊,再被非核糖體合成酶NRPS9識別,通過順序的NRPS模塊化組裝得到成熟的非核糖體八肽毒力因子fusaoctaxin B。
        圖1 禾谷鐮孢菌毒力因子fusaoctaxin B的生物合成途徑
          禾谷鐮孢菌毒力因子fusaoctaxin B的發現,從分子層面加深了對禾谷鐮孢菌侵染作物的認識,對開發赤霉病的生物防治方法、構建對禾谷鐮孢菌全抗性的作物育種提供了重要的依據;對毒力因子特殊結構單元的生物合成機制研究,揭示了全新的生物合成途徑、新穎的酶學機制,為生物催化提供了多樣化的酶學工具。
          上海有機所劉文課題組湯志軍博士、唐昊雨博士和分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所唐威華課題組王婉秋博士是本文共同第一作者,薛玉峰碩士作出重要貢獻。上述成果獲得了國家自然科學基金委、科技部、上海市科委和中科院等相關項目的大力資助。
         
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