真菌色满酮相关聚酮结构单元的生物合成途径研究

Both Chromone and its identical analog, chromanone, are oxygen-containing heterocyclic compounds. The chromone and chromanone units could be found in diverse secondary metabolites isolated from several species, and derivatives with those units were reported to have diverse biological properties. Evidences showed that both chromone and chromanone units of natural products are originated from polyketides. Chromone polyketide could be biosynthesized by type I or type III polyketide synthase (PKS) in different species. However, no biosynthetic studies have been carried out to elucidate the molecular basis or even identify the genes responsible for chromanone polyketides biosynthesis. Our group have isolated a series of polyketides, including a chromone and several chromanone polyketides, from a mantis-associated fungus Daldinia eschscholzii IFB-TL01. Based on their similar structure and the fact that chromanone can be transformed to chromone in Aspergillus niger, we proposed that those chromone and chromanone-related polyketides could be drived from the same building block (block D). This project is designed to identify the biosynthetic gene cluster, characterize the PKS gene responsible for the chromanone polyketides, and ultimately reveal the specific mechanism of biosynthesis of natural product in fungi.

色原酮（chromone）和色满酮（chromanone）作为结构单元在多个不同物种的次级代谢产物中均可以分离到，它们的衍生物具有很好的生物活性。报道表明，色原酮和色满酮结构单元均来源于聚酮生物合成途径。在不同物种中色原酮单元可以由I型或III型聚酮合酶（polyketide synthase, PKS）来合成，但关于合成色满酮单元的PKS还未见报道。本组前期工作表明螳螂肠道内生真菌Daldinia eschscholzii IFB-TL01可以同时产生这两类分子，包括1个色原酮和几个色满酮相关聚酮。从结构上看，我们分离到的色原酮和色满酮相关聚酮很可能由色满酮相关单元（D单元）衍生而来。有研究显示，色满酮可以在黑曲霉体内被转化成色原酮。因此，我们推测色原酮和色满酮相关聚酮可能是同一个基因簇的产物。本研究拟对这两类聚酮分子的生物合成进行探究，诠释真菌合成天然产物的独特机制。

天然产物是药物分子的重要来源，对于药物的发现和发展都有非常重要的作用。色原酮(chromone)和色满酮(chromanone)结构单元在天然产物中广泛存在，相关衍生物具有很好的生物活性。报道表明，色原酮和色满酮结构单元均来源于聚酮生物合成途径，但关于合成色酮相关单元的聚酮合酶还未见报道。本组前期从一株螳螂肠道内生真菌Daldinia eschscholzii IFB-TL01 (简称为TL01)中分离得到一系列聚酮类天然产物，其中包括1个色原酮、5个色满酮相关聚酮或聚合物。从结构上看，我们分离到的色原酮和色满酮相关聚酮很可能由色酮相关单元(DPB单元)衍生而来。本项目主要对这两类聚酮分子的生物合成进行探究，鉴定到了色酮相关聚酮的基因簇，发现这些聚酮是由同一个基因簇负责合成的，并通过基因敲除和异源表达的方法对他们的生物合成过程进行了详细的阐述。我们发现，这些色酮相关聚酮多样性的形成依赖于聚酮合酶ChrA的KR domain在与KR伴侣蛋白ChrB在组装线上合作催化芳环化前的聚酮中间体时存在的二相性。在TL01及其他可以产生色酮相关聚酮的真菌中，突变PKS中的KR domain将有利于同时产生色酮和间苯三酚类聚酮，这可以为基于这两类聚酮的合成生物学研究方法的建立提供一定的基础和参考。此外，通过对该株真菌的全基因组序列进行生物信息学分析，我们发现其基因组仍然具有很大的挖掘空间。通过过表达全局调控因子LaeA-like基因，我们从该菌中分离鉴定到了2个全新的环戊烯酮类化合物(dalestone A和dalestone B)，生物活性分析结果表明两者均具有一定的抑炎活性。