中國科學(xué)院微生物研究所科研人員發(fā)現(xiàn)真菌合成黃酮柚皮素的新途徑

　　黃酮是一類主要由植物產(chǎn)生的多酚類化合物，在工業(yè)、食品和制藥行業(yè)廣泛應(yīng)用。柚皮素作為一種平臺(tái)化合物，是合成黃酮類化合物的關(guān)鍵步驟。在植物和細(xì)菌中，以對(duì)香豆酸（p-CA）為前體，經(jīng)對(duì)香豆酰輔酶A連接酶（4CL）和III型聚酮合酶查爾酮合酶（CHS）催化生成柚皮素查爾酮，然后在查爾酮異構(gòu)酶催化或pH改變自發(fā)異構(gòu)化生成柚皮素。真菌中曾有報(bào)道黃酮類化合物的產(chǎn)生，但其合成酶和途徑鮮有報(bào)道。

 

　　近期，微生物所尹文兵研究組利用靶向基因組挖掘策略從植物內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)一個(gè)不同于常規(guī)途徑黃酮柚皮素合成酶。該酶具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)域組成（A-T-KS-AT-DH-KR-ACP-TE），是一個(gè)NPRS-PKS雜合酶，鑒定為FnsA。通過異源表達(dá)、底物飼喂實(shí)驗(yàn)和體外酶促反應(yīng)，證實(shí)了FnsA以游離的芳香酸（對(duì)香豆酸和對(duì)羥基苯甲酸）為底物，直接催化形成柚皮素。FnsA KS結(jié)構(gòu)域系統(tǒng)進(jìn)化分析結(jié)果表明FnsAPKS屬于I型PKS，不同于傳統(tǒng)的III型PKS（CHS）。

 

　　鑒于FnsA催化柚皮素合成的新穎性，作者利用fnsA一個(gè)酶在釀酒酵母合成柚皮素，并在此基礎(chǔ)上從頭構(gòu)建了植物黃酮異鼠李素和金合歡素的生物合成途徑。綜上，該研究證實(shí)了FnsA是一種新型的真菌柚皮素合酶，不同于傳統(tǒng)的柚皮素合成途徑，F(xiàn)nsA能催化對(duì)香豆酸或?qū)αu基苯甲酸直接合成柚皮素。通過工程fnsA成功從頭合成植物黃酮異鼠李素和金合歡素，為微生物高效生產(chǎn)黃酮類化合物提供新策略。

 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊Nature Communications，題為“A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin”。中國科學(xué)院微生物研究所尹文兵研究組博士生張宏嬌和畢業(yè)生李自馨為共同第一作者，尹文兵研究員為通訊作者。該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金國際合作項(xiàng)目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃從0到1原始創(chuàng)新項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源計(jì)劃以及博士后科學(xué)基金的資助。

 

　　尹文兵研究組長期致力于次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的機(jī)理和合成調(diào)控機(jī)制研究，近年來在Nat Commun、Sci Adv、JACS、Chem Sci、Acta Pharm Sin B、PloS Pathog和Nat Prod Rep等國際期刊發(fā)表系列論文揭示真核微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的分子機(jī)理、生物合成途徑和基因調(diào)控機(jī)制，為新活性化合物的發(fā)現(xiàn)提供新技術(shù)和新策略。

 

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34150-7