研究解析真菌棒麴黴素生物合成的分子途徑及調控機制

2020-12-06 生物谷

 

由真菌產生的聚酮類次生代謝產物——棒麴黴素（Patulin）是造成果實及其加工產品汙染的重要真菌毒素，對人和動物都具有毒性，給消費者的身體健康帶來巨大威脅。因此，解析真菌中棒麴黴素生物合成的分子基礎，並闡明其合成途徑及調控機制，對創製果實採後棒麴黴素防控技術至關重要。

中國科學院植物研究所田世平研究組長期從事果實採後病理學研究。研究團隊前期從擴展青黴（Penicillium expansum）中鑑定到一個含有15個基因的棒麴黴素合成基因簇，證明了該簇中基因對棒麴黴素合成的調控作用，揭示了棒麴黴素生物合成的分子基礎，並發現響應環境pH信號的轉錄因子PePacC能通過調控該基因簇中基因表達控制棒麴黴素合成。近期，研究團隊在此基礎上，利用基因敲除、突變株底物飼餵、蛋白異源表達和體外催化等方法，明確了棒麴黴素生物合成途徑中8步反應的催化酶及其編碼基因。研究人員基於分子遺傳學和生物化學證據，明確了棒麴黴素生物合成途徑中第4步反應的產物為龍膽醛，而不是間羥基苯甲醛，解決了長期以來在此步反應上僅基於化學產物推斷形成的爭議。同時，研究人員還通過對棒麴黴素合成基因簇編碼的全部15個蛋白及相關調控因子PeLaeA、PeVeA和PeVelB的亞細胞定位，初步確定了合成途徑中各催化酶、轉運蛋白和調控蛋白的亞細胞分布，勾勒出了棒麴黴素在擴展青黴胞內生物合成及轉運路徑的分子網絡。

該研究不僅為深入認知真菌中棒麴黴素生物合成的分子基礎、轉運路徑和調控網絡提供了分子證據，還為研發精準高效的控制技術提供了新思路。研究成果對實現從源頭上控制棒麴黴素汙染，確保果實及其加工產品的品質安全具有重要意義。

該研究於3月13日正式發表於國際學術期刊Environmental microbiology。田世平研究組研究員李博強，以及博士研究生陳勇、已畢業博士生宗元元為論文共同第一作者，田世平為論文通訊作者。美國芝加哥大學教授龍漫遠對研究工作給予了指導。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會資助。(生物谷Bioon.com）

相關焦點

  • 研究揭示絲狀真菌天然產物生物合成新機制
    絲狀真菌具有強大的次級代謝產物合成能力，可以產生結構複雜多樣、具有廣泛生物活性的化合物。目前，許多絲狀真菌的次級代謝產物或其衍生物都已被開發成重要藥物應用於臨床中，包括青黴素、他汀類降血脂藥物和抗真菌藥物棘白菌素。探索絲狀真菌次級代謝產物的生物合成機制，對於進一步挖掘次級代謝產物資源和開發新型藥物具有重要意義。
  • MYB轉錄因子調控苦蕎蘆丁合成的分子機制方面取得新進展
    近日，Journal of Experimental Botany在線發表中國農業科學院作物科學研究所蕎麥基因資源創新小組題為『Jasmonate-responsive MYB factors spatially repress rutin biosynthesis in Fagopyrumtataricum 』的研究論文。
  • 雲南大學科研團隊解析褪黑素調控植物生物逆境脅迫的機制
    . | 雲南大學科研團隊解析褪黑素調控植物生物逆境脅迫的機制責編 | 逸雲褪黑素（N-乙醯基-5-甲氧基色胺，melatonin）是一種起源於35億年前原核細菌的古老分子，在細菌、真菌、原生生物、藻類、動物和植物等生物體中均普遍存在。
  • 研究發現泛素修飾調控植物類黃酮合成的分子機制
    科學家對植物中的類黃酮合成途徑在轉錄水平上的調控研究較為深入，但轉錄後、翻譯及翻譯後的修飾機制相關研究較少。在真核細胞中，目標蛋白的周轉主要由泛素/26S蛋白酶體系統途徑完成，這也是植物蛋白質翻譯後修飾的主要調控機制。已有研究表明，E3泛素連接酶是調節蛋白質泛素化和降解的關鍵因子，種類最多、結構最為複雜，但由於對E3泛素連接酶組分的鑑定仍較為困難，因此對它在類黃酮合成中的作用仍不清楚。
  • 揭示蟲草素和噴司他丁伴隨生物合成的分子機制
    該研究完整地解析了蟲草素(cordycepin)在蛹蟲草(Cordyceps militaris)中的生物合成機理；首次發現蛹蟲草能夠伴隨合成腺苷脫氨酶抑制劑—噴司他丁(pentostatin)，用來保護所合成蟲草素的結構穩定性。   自然界中能夠感染殺蟲的子囊菌類真菌已被鑑定的達1500多種，統稱為廣義蟲草菌，這些真菌在昆蟲種群的自然調控中發揮著重要作用。
  • 浙中醫藥學院開國銀團隊揭示bZIP轉錄因子調控丹參中酚酸與丹參酮生物合成的分子機制
    ，該文以傳統中藥丹參為研究對象，首次揭示了脫落酸（ABA）響應的bZIP轉錄因子SmbZIP1正調控丹酚酸但負調控丹參酮生物合成的分子機制。由於近年來野生丹參資源匱乏，人工種植丹參品質退化嚴重，如何提高丹參中活性成分酚酸類與丹參酮的含量成為中藥資源領域的研究熱點之一，而深入解析丹參活性成分生物合成的調控機制是開展丹參活性成分代謝工程的基礎。研究表明遺傳操縱轉錄因子能夠顯著促進植物中次級代謝產物的生物合成。
  • 木質素合成調控機制方面取得新進展
    中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員付春祥帶領的能源作物分子育種研究組長期致力於培育高細胞壁品質玉米和能源草的研發。通過特色資源篩選、突變體鑑定和木質素基因工程調控等工作，獲得了多個細胞壁降解效率高且具有潛在商業化利用價值的植物資源。其中，玉米棕色葉脈突變體（bm1-6）是一類著名的木質素積累改變的種質資源，從發現至今已有90多年的歷史。
  • 李家洋團隊揭示獨腳金內酯和脫落酸協同調控水稻分櫱的分子機制
    Mol Plant | 李家洋院士團隊揭示獨腳金內酯和脫落酸協同調控水稻分櫱的分子機制來源 | Mol Plant解析水稻分櫱形成的分子機理具有重要的科學意義，在水稻株型改良和品種設計方面也有重要的應用價值。獨腳金內酯（Strigolactone, SL）是一種新型植物激素，通過抑制側芽伸長負調控水稻的分櫱數目。脫落酸（Abscisic acid, ABA）是另一種主要的植物激素，在植物響應非生物和生物脅迫過程中發揮關鍵作用，同時能夠抑制種子萌發以及側枝的生長。
  • 研究揭示楊樹木質素單體合成的的表觀調控機制
    國際植物學著名刊物New Phytologist（新植物學家，IF：7.3）在線發表了西南大學羅克明教授研究組題為「MicroRNA6443-mediated regulation of FERULATE 5-HYDROXYLASE gene alters lignin osition and enhances saccharification in Populus tomentosa（miR6443通過調控阿魏酸
  • 內生真菌與植物防禦機制的關係
    植物內生真菌可以通過多樣化途徑來增強植物體的營養生理和抗性機能，黑龍江省農業科學院耕作栽培研究所肖佳雷、來永才等人對內生真菌與植物的防禦機制的研究進展進行了深入地探討。那些生活史中的某一階段生活在植物組織內，但對植物組織沒有引起明顯病害症狀的真菌，包括那些在其生活史中的某一階段營表面生的腐生菌，對宿主暫時沒有傷害的潛伏性病原菌和菌根菌，就是指植物內生真菌。
  • 苜蓿類胡蘿蔔素合成調控機制獲揭示
    近日，中國農業科學院生物技術研究所最新成果發表於《植物細胞》（The Plant Cell），揭示了飼草作物苜蓿的類胡蘿蔔素生物合成分子調控機制。類胡蘿蔔素是自然界廣泛存在的一類天然脂溶性色素，在植物光合作用、激素合成、顏色決定等方面發揮重要作用，同時具有抗氧化、抗腫瘤、增強免疫和保護視覺等多種生物學功能，但目前關於類胡蘿蔔素合成的分子調控機制仍不清楚。論文通訊作者、生物技術研究所研究員林浩介紹，該研究利用一個類胡蘿蔔素合成缺陷的蒺藜苜蓿突變體，成功克隆了控制蒺藜苜蓿類胡蘿蔔素合成關鍵調控基因WP1。
  • 研究揭示真菌大環內酯類抗生素生物合成中的自抗性機制
    研究揭示真菌大環內酯類抗生素生物合成中的自抗性機制 作者：小柯機器人 發布時間：2020/12/16 16:14:16 中國醫學科學院胡友財等研究人員揭示真菌大環內酯類抗生素生物合成中的自抗性機制
  • 研究揭示植物花青素合成調控機理
    上發表了題為DELLA proteins promote anthocyanin biosynthesis through sequestering MYBL2 and JAZ repressors of the MYB/bHLH/WD40 complex in Arabidopsis thaliana 的研究論文。
  • Cell:調控細胞自噬的一個關鍵分子機制
    由管坤良教授領導的一組研究人員找到了調控細胞自噬的一個關鍵分子機制，細胞自噬是指細胞在惡劣條件下確保其生存的一種基本應激反應。研究人員發現一種稱為AMPK的酶，不僅參與了細胞的傳感和能量調控，而且在細胞自噬酶作用方面，也扮演了重要角色。這一研究成果公布在1月17日的Cell雜誌在線版上。
  • 二萜糖苷甜茶素的生物合成途徑研究獲進展
    該研究首次解析了甜茶素(rubusoside)的生物合成過程，報導了甜葉懸鉤子(R.suavissimus)與明日葉(A.keiskei)中挖掘得到6條新的二萜糖基轉移酶，並對其底物識別的機制進行了研究。　　二萜類化合物是一類重要的植物源次生代謝產物，具有廣泛的生理和藥用活性。
  • 研究揭示共生信號組分CERBERUS調控根瘤菌侵染的分子機制
    近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員謝芳團隊以CERBERUS is critical for stabilization of VAPYRIN during rhizobial infection in Lotus japonicu為題在國際學術期刊New Phytologist發表研究論文
  • 昆明植物所在玉米抗蟲次生代謝產物丁布類化合物的合成調控機制...
    目前，儘管植物抗蟲分子機理在某些植物，如擬南芥、野生菸草和番茄等物種中有了一定程度的認識，但是關於玉米抗蟲機制的研究卻很少。研究表明次生代謝產物丁布類化合物（BXs）是玉米中重要的抗蟲物質，並且其合成途徑也被廣泛研究，但是關於該類化合物合成的調控機制仍缺乏研究。
  • 萜類化合物生物合成的關鍵酶改造和調控研究等系列學術報告
    但是目前大多數化學品的生物合成過程仍然存在著合成效率低、細胞代謝壓力大等問題，極大地阻礙了微生物製造在更大範圍上的應用。如何獲得暢通高效的生物合成途徑併兼顧細胞生長和產物合成是生物合成領域的共性難題。為此，我們結合代謝工程和蛋白質工程手段，針對「生物合成限速酶的分子改造」和「生物合成途徑的平衡調控」等關鍵問題展開研究，取得以下成果：根據生物合成途徑的特性，分別基於自身或者旁路途徑終產物的顏色或者代謝中間產物的毒性建立新型高通量篩選策略，通過體內定向進化或共定向進化增強限速酶的催化活性，大幅提高了異戊二烯、類胡蘿蔔素等萜類化合物的生物合成效率；提出「變限制為控制」的生物合成途徑構建理念，建立碳源響應型順序調控和溫度響應型動態代謝調控體系
  • 蛋白醯化修飾調控天然產物生物合成研究取得進展
    近期，中國科學院上海藥物研究所譚敏佳課題組與華東理工大學葉邦策課題組合作研究，揭示了蛋白賴氨酸醯化修飾在天然產物的生物合成代謝通路中的調控新機制，研究工作發表在8月Cell Chemical Biology（
  • 組蛋白分子伴侶OsChz1調控染色質結構的分子機制
    Nature Comm | 復旦大學董愛武/沈文輝合作揭示組蛋白分子伴侶OsChz1調控染色質結構的分子機制真核生物DNA複製、轉錄與修復一直伴隨著核小體的組裝/去組裝過程，該過程需要依賴組蛋白分子伴侶的幫助。已有的研究發現，酵母Chz1是組蛋白變體 H2A.Z特異的組蛋白分子伴侶，系統進化樹分析顯示在酵母、真菌、植物及動物中都存在Chz1同源蛋白，但目前對Chz1蛋白的功能研究僅在酵母中被報導。