4月25日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳世國(guó)教授課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》上發(fā)表了題為“Discovery, Herbicidal Activity and Biosynthesis of a Novel Natural Tetramic Acid from Alternaria Species”的研究論文（Editor's Choice Article）。該研究發(fā)現(xiàn)了一種新型tetramic acid類天然產(chǎn)物sec-pentyl-tenuazonic acid（S-TeA），揭示了其在真菌Alternaria alternata中的生物合成途徑及機(jī)制。
Tetramic acid（含2,4-吡咯烷二酮）是天然產(chǎn)物中最常見(jiàn)、活性最廣、最受關(guān)注的化合物之一，其中典型代表是細(xì)交鏈格孢菌酮酸（tenuazonic acid, TeA）。S-TeA是以TeA為先導(dǎo)設(shè)計(jì)和合成的一個(gè)新衍生物，比TeA具有更高的除草活性。本研究首先確認(rèn)S-TeA是一種天然產(chǎn)物，并明確了天然S-TeA的絕對(duì)構(gòu)型為(5S, 6S)，這為將S-TeA開(kāi)發(fā)成生物除草劑提供了科學(xué)依據(jù)。
同時(shí)，本研究利用多組學(xué)、同位素示蹤、質(zhì)譜、蛋白重組等手段明確了S-TeA是以蘇氨酸為起始原料，先通過(guò)支鏈氨基酸合成途徑中8個(gè)酶在線粒體中合成直接前體AMHA（2-氨基-3-甲基己酸），隨后AMHA在細(xì)胞質(zhì)中被NRPS-PKS（非核糖體肽合成酶-聚酮合酶）乙酰化和環(huán)化形成S-TeA，最后通過(guò)跨膜蛋白AaMFS1將S-TeA排到胞外的合成機(jī)制。其中，2-異丙基蘋果酸合成酶（IPMS），3-異丙基蘋果酸脫水酶（IPMDH）和異丙基蘋果酸脫氫酶（ISMD）是AMHA生物合成途徑特有的酶，而IPMDH是關(guān)鍵限速酶。AMHA已經(jīng)被證實(shí)是一種天然發(fā)生的非蛋白氨基酸，具有抗逆、促生、提質(zhì)、緩解藥害等功能，已獲得多項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)和新農(nóng)藥命名“氨甲己酸”，有潛力開(kāi)發(fā)成我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植物誘抗劑新產(chǎn)品。本研究對(duì)真菌中AMHA生物合成途徑及機(jī)制的解析，為基于合成生物學(xué)構(gòu)建AMHA高產(chǎn)工程菌株、實(shí)現(xiàn)其高效生物制造奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
真菌A. alternata生物合成AMHA及S-TeA的路徑及機(jī)制
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文的第一署名單位和通訊單位，鐘山青年研究員王赫為論文的第一作者，陳世國(guó)教授為論文的通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)強(qiáng)勝教授、客座教授Valverde Bernal E.博士，博士生郭妍婧，碩士生劉晴、張靜、張錢龍、楊銘瀅和陳啟楨也參與了該研究。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃及江蘇省卓越博士后計(jì)劃的資助。
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