蜜环菌来源的倍半萜醇芳香酸酯类活性天然产物的生物合成研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872617
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0101.微生物多样性、分类与系统发育
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Melleolide A and derivatives constitute a remarkable group of sesquiterpene aryl esters derived from basidiomycetous tree pathogen Armillaria mellea (honey mushroom). These natural products feature an intriguing molecular architecture composed of an orsellinic acid (2, 4-dihydroxy-6-methylbenzenecarboxylic acid) moiety esterified to a tricyclic sesquiterpene (protoilludane) alcohol. The unique structure of melleolides revealed an unusual biosynthetic mechanism and potential as pharmaceuticals exhibiting two distinct structure-activity relationships for their cytotoxic and antifungal bioactivities. The melleolides biosynthetic gene cluster (arm) from Armillaria mellea has been characterized by bioinformatic analysis. Herein, we try to investigate the genetics and biochemical mechanism of melleolides biosynthesis. We aim to construct biosynthetic pathway of melleolides in heterologous expression system in which Aspergillus nidulans (An) as host by stepwise strategy. Elucidation of on-pathway intermediates isolated from An transformants, heterologous expression of key enzymes encoded by biosynthetic gene cluster arm in Saccharomyces cerevisiae and Escherichia coli system, and in vitro biochemical reactions will be performed to investigate the biosynthetic pathway of melleolides and biochemical mechanism at the gene-protein level. We focused on mechanism for double bond rearrangement (∆2, 4 and ∆2, 3) and hydroxylation of 4-protoilludene to 2-protoilluden-4-ol, as well as redox reactions which generate complexity of melleolides. The study on the biosynthesis of melleolides is expected to discover some distinguished enzymes participating in double bond rearrangement and formation of molecular scaffold with intriguing functions and novel catalytic mechanisms. This will shed light on following studies especially on mechanism of key enzymes and generation of novel chemical derivatives with better bioactivities.
Melleolide A等是从真菌Armillaria mellea分离得到的倍半萜醇芳香酸酯类活性天然产物。这类化合物特征性的原伊鲁烷型倍半萜和苔色酸基团的存在表明其独特的生物合成机制。本课题通过对A. mellea的全基因组生物信息学分析,确定了melleolides的生物合成基因簇arm。拟利用构巢曲霉(An)途径重建系统构建melleolides类化合物的生物合成途径,同时结合An转化子中间体化合物分离鉴定、酿酒酵母表达系统等表达关键酶,并结合体外生化酶学实验,从基因-蛋白水平揭示melleolide A等的生物合成途径和酶学基础。重点研究原伊鲁烷型倍半萜醇单元双键重排、C-4羟基化和多个氧化酶的催化机制。本研究以期发现melleolides生物合成中参与双键重排和氧化还原修饰的特殊功能酶和新的催化机制,并有望发现生物学活性优于已报道melleolides类化合物的活性分子。

结项摘要

Melleolides是从蜜环菌中分离得到的倍半萜醇芳香酸酯类天然产物。本课题利用OSMAC策略中蜜环菌CPCC 401429分离鉴定14个melleolides类化合物,其中包括7个新化合物,转录组测序揭示杂萜melleolides化合物生物合成机制。利用农杆菌介导遗传转化策略构建melleolides类化合物高产基因工程菌Am-OE::armR。结合比较基因组学、酿酒酵母系统和GC-MS分析平台,对蜜环菌DSM 3731和CPCC 401429中倍半萜合酶异源表达。共成功表达12个倍半萜合酶,其中多个STSs属于新的亚家族Clade IV,该类群倍半萜合酶功能复合新颖,均能合成多个(种)倍半萜分子。利用代谢组和蛋白质组学技术阐明探究melleolides生物合成调控机制,深入挖掘melleolides类分子,并对melleolides类化合物继续深入分离鉴定和构效关系评价。运用酵母同源重组技术构建了多个表达载体,利用构巢曲霉异源表达系统研究melleolides类化合物生物合成机制,同时构建CRISPR-Cas9敲除系统针对arm基因簇中关键基因敲除构建敲除突变株。课题对melleolides类化合物生物合成关键酶包括在E. coli中实现卤代酶和糖基转移酶,在酿酒酵母系统中实现聚酮合酶和P450氧化酶等的功能表达。课题利用利用共培养策略挖掘蜜环菌和巴西青霉发酵次级代谢产物,共挖掘化合物15个,其中新化合物6个,拓宽了蜜环菌的应用潜力。研究首次通过OSMAC和RNA-seq技术对蜜环菌代谢产物挖掘,结合比较基因组学和酿酒酵母系统对蜜环菌CPCC 401429分类地位和倍半萜合酶功能鉴定。课题还获得melleolides类化合物高产基因工程菌,并结合蛋白组学技术等对该类杂萜化合物的生物合成和调控机制探讨,为后续继续开展melleolides类化合物的生物合成奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
New dimeric chromanone derivatives from the mutant strains of Penicillium oxalicum and their bioactivities.
草酸青霉突变株新二聚色满酮衍生物及其生物活性
  • DOI:
    10.1039/d2ra02639b
  • 发表时间:
    2022-08-10
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
A Combination of Genome Mining with an OSMAC Approach Facilitates the Discovery of and Contributions to the Biosynthesis of Melleolides from the Basidiomycete Armillaria tabescens
基因组挖掘与 OSMAC 方法相结合,促进担子菌类蜜环菌中蜜环菌生物合成的发现和贡献
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.2c04079
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Tao Zhang;Guowei Cai;Xiaoting Rong;Yuquan Wang;KaiKai Gong;Wancang Liu;Lu Wang;Xu Pang;Liyan Yu
  • 通讯作者:
    Liyan Yu
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  • DOI:
    10.1016/j.apsb.2022.09.008
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    ACTA PHARMACEUTICA SINICA B
  • 影响因子:
    14.5
  • 作者:
    Zhang, Tao;Gu, Guowei;Liu, Guodong;Su, Jinhua;Zhan, Zhilai;Zhao, Jianyuan;Qian, Jinxiu;Cai, Guowei;Cen, Shan;Zhang, Dewu;Yu, Liyan
  • 通讯作者:
    Yu, Liyan
Mining and characterization of the PKS-NRPS hybrid for epicoccamide A: a mannosylated tetramate derivative from Epicoccum sp. CPCC 400996.
Epicoccamide A 的 PKS-NRPS 杂种的挖掘和表征:Epicocum sp. 的甘露糖化四酸酯衍生物。
  • DOI:
    10.1186/s12934-022-01975-2
  • 发表时间:
    2022-11-24
  • 期刊:
    MICROBIAL CELL FACTORIES
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhang, Tao;Cai, Guowei;Rong, Xiaoting;Xu, Jingwen;Jiang, Bingya;Wang, Hao;Li, Xinxin;Wang, Lu;Zhang, Ran;He, Wenni;Yu, Liyan
  • 通讯作者:
    Yu, Liyan

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张涛

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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