参与调控捕食线虫真菌形态的PKS/TPS杂合类信号小分子化合物及其生物合成

Fungi produce a diverse array of secondary metabolites and undergo morphological transitions in response to environmental conditions.Nematode-trapping fungi account for a large proportion of predators of nematode in nature, and develop into a variety of a special class of morphological fungi on long-term adaptation and evolution. They regulate soil nematode population dynamics and play an important role in biological control of nematodes. A unique group of oligosporol metabolites of mixed biosynthetic origins have been characterized from Anthrobotrys oligospora.The previous study indicated that these taxonomic group of chemical signals displayed significant autoregulatory effects on the morphology of A. oligospora, which correlate with fungal reproductive,defensive and predatory capabilities, respectively. The project intends to carry out investigation on the biosynthetic pathway of these characteristics PKS/TPS hybrid ingredients, identify the key and related biosynthesis genes, and validate the gene functions. This will help give an insight into of new microbial communication systems and the chemical composition the signal transduction pathway and provide scientific basis for revealing defense and predatory mechanisms of nematode-trapping fungi.

真菌通过经历不同形态转化以及产生不同类型的次生代谢产物来应对环境条件。捕食线虫真菌 （nematode-trapping fungi）是通过长期进化适应形成的丰富多彩、形态多姿、功能多样的一类特殊的生态菌物类群。这类真菌对调节土壤中线虫的种群动态起到重要作用，也是生物防治线虫危害的主要途径。前期研究发现捕食线虫真菌代表菌株少孢节丛孢能够产生结构新奇的特有的PKS/TPS杂合生源次生代谢产物，研究表明该类不仅具有重要的化学分类学意义且是调控真菌形态，参与真菌繁殖、防御和捕食过程中的一类新型信号小分子。本项目拟开展这些特色PKS/TPS杂合生源类活性小分子化合物的生物合成途径研究，鉴定其生物合成的关键和相关基因，验证基因功能，对阐明新型微生物通讯系统的化学信号构成及传导途径提供科学依据，对揭示捕食线虫真菌的防御和捕食机制提供参考价值。

所有研究内容均已按计划圆满完成，各项考核指标均已完成。通过生物信息学和分子生物学以及天然产物化学的研究方法鉴定了捕食线虫真菌中调控菌丝形态的活性小分子化合物Arthrobotrisins和Arthrosporols生物合成途径中的关键基因簇215g及10个基因215g274，215g276，215g277，215g278，215g279，215g280，215g281，215g282，215g283，共构建15个关键和相关生物合成基因的突变菌株，并分析其表型与代谢图谱差异。发现其中有6株突变菌株能产生大量的捕食线虫菌网，捕食线虫能力明显强于野生菌株。通过大规模发酵了其中8株突变菌株，并富集发酵液及菌丝体，从中鉴定化合物80余个，新奇化合物23个, 其中具有杀线虫活性化合物4个。培养博士研究生2和硕士生10名，均已获得学位，现培养硕士研究生8名和培养博士研究生3名。以通讯联系作者在SCI期刊发表研究论文7 篇，其中Nature Index期刊Organic Lett (IF 6.579) 1篇, SCI一区期刊J Agric Food Chem (IF 3.154) 4篇等，SCI二区期刊Appl Environ Microb (IF 3.633)1篇，以共同作者发表SCI文章3篇。获国家发明专利授权2项，申请专利4项。项目负责人还在国内外学术会议上做特邀报告（1次）和邀请报告（3次），交流该项目的研究进展。