Potent Nematicidal Activity and New Hybrid Metabolite Production by Disruption of a Cytochrome P450 Gene Involved in the Biosynthesis of Morphological Regulatory Arthrosporos in Nematode-Trapping Fungus Arthrobotrys oligospora
- 作者
- Tian-Yang Song, Zi-Fei Xu, Yong-Hong Chen, Qiu-Yan Ding, Yu-Rong Sun, Yang Miao, Ke-Qin Zhang, Xue-Mei Niu
- 单位
- State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources & Key Laboratory for Microbial Resources of the Ministry of Education, School of Life Science, Yunnan University, Kunming, 650091, People's Republic of China
- 杂志
- J. Agric. Food Chem.（2017）
- DOI
- 10.1021/acs.jafc.7b01290
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明细胞色素P450基因AOL_s00215g280在arthrosporols生物合成中的作用，并探索通过基因工程提高线虫捕食真菌杀线虫活性的方法。
研究策略
通过基因敲除P450基因AOL_s00215g280，结合表型分析、杀线虫活性测定和代谢产物化学分析，解析其功能并发现新代谢产物。
核心内容
本研究通过基因敲除策略，在捕食线虫真菌寡孢节丛孢中失活了细胞色素P450基因AOL_s00215g280，系统解析了该基因在arthrosporols形态调控色素生物合成中的功能。敲除突变体ΔAOL_s00215g280表现出显著的形态与生理变化：孢子形成大幅减少，生长速率自第2天至第8天持续下降，同时arthrosporol A完全缺失，证实该P450基因是arthrosporols生物合成的关键元件。值得注意的是，突变体的捕食器官形成能力被大幅激活，陷阱密度约达385个/cm²，而野生型几乎不形成陷阱；线虫杀灭实验显示，突变体在6小时内可杀死85%的线虫，远超野生型。进一步代谢产物分析发现，基因敲除导致三种新的PKS-TPS杂合环氧环己酮衍生物C280-1、C280-2和C280-3的积累，在50 μg/mL浓度下，这些化合物6小时内的线虫抑制活性（约20–30%）显著强于阳性对照阿维菌素（低于5%）。这些结果表明，AOL_s00215g280基因不仅参与arthrosporols合成，还对菌株的形态发育和捕食能力行使关键负向调控，通过基因工程阻断该基因可为开发高效真菌杀线虫生物防治剂提供新策略。
创新点
首次发现敲除P450基因后产生三种新的PKS-TPS杂合环氧环己酮衍生物；突变体表现出显著增强的陷阱形成和杀线虫活性（6小时杀死85%线虫），为开发真菌生物防治剂提供新策略。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arthrobotrys oligospora | arthrosporols生物合成 | AOL_s00215g280 | 细胞色素P450单加氧酶 | 催化 | 目标基因，敲除后导致新代谢物积累和杀线虫活性增强 |
| Arthrobotrys oligospora | arthrosporols生物合成 | AOL_s00215g283 | 6-甲基水杨酸合酶 | 催化 | 编码6-MSA合酶，参与arthrosporols生物合成 |
| Arthrobotrys oligospora | arthrosporols生物合成 | AOL_s00215g282 | P450单加氧酶 | 催化 | 催化m-cresol生成 |
| Arthrobotrys oligospora | arthrosporols生物合成 | AOL_s00215g281 | 脱羧酶 | 催化 | 催化6-MSA脱羧 |
关键发现
- 突变体ΔAOL_s00215g280在6小时内杀死85%的线虫，陷阱密度约385个/cm²，而野生型无陷阱
- 突变体孢子形成显著减少
- 三种新化合物C280-1(11)、C280-2(12)、C280-3(13)被鉴定
- 在50 μg/mL浓度下，这些化合物在6小时内的线虫抑制活性强于阳性对照阿维菌素（抑制约20-30% vs <5%）。基因敲除导致arthrosporol A缺失。生长速率从第2天到第8天显著降低。
研究结论
AOL_s00215g280基因参与arthrosporols的生物合成，其缺失导致arthrosporols不产生，同时显著增强陷阱形成和杀线虫能力，说明该基因在形态调控和捕食能力中起关键作用，为真菌生物防治提供新思路。