High Trap Formation and Low Metabolite Production by Disruption of the Polyketide Synthase Gene Involved in the Biosynthesis of Arthrosporols from Nematode-Trapping Fungus Arthrobotrys oligospora
- 作者
- Zi-Fei Xu, Bai-Le Wang, Hong-Kai Sun, Ni Yan, Zhi-Jun Zeng, Ke-Qin Zhang, Xue-Mei Niu
- 单位
- Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources and Key Laboratory for Microbial Resources of the Ministry of Education, Yunnan University, Kunming, Yunnan 650091, People's Republic of China
- 杂志
- Journal of Agricultural and Food Chemistry（2015）
- DOI
- 10.1021/acs.jafc.5b04244
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
阐明捕食线虫真菌 Arthrobotrys oligospora 中聚酮合酶基因 AOL_s00215g283 在 arthrosporol 类代谢产物生物合成中的功能，并解析该基因对菌株陷阱形成和杀线虫活性的影响。
研究策略
通过同源重组敲除聚酮合酶基因 AOL_s00215g283，结合 HPLC-DAD、GC-MS 等化学分析手段比较野生型与突变体的代谢产物谱，并测定陷阱形成数量和杀线虫活性。
核心内容
该研究以捕食线虫真菌Arthrobotrys oligospora为对象，通过同源重组敲除聚酮合酶基因AOL_s00215g283，并结合HPLC-DAD与GC-MS分析，系统比较了野生型与突变体在代谢产物谱、陷阱形成及杀线虫活性上的差异。结果显示，基因敲除使突变体完全丧失arthrosporol A的生成能力，同时陷阱形成数量达到318 cm⁻²，约为野生型（27 cm⁻²）的10倍，捕获线虫数量亦超过野生型的2倍。此外，突变体培养提取物仅54 mg，不足野生型（276 mg）的五分之一，且sesquirosefuran等化合物仅在野生型中检出。该基因编码蛋白与6-甲基水杨酸合酶同源性达53%，证实其参与arthrosporol生物合成并负调控陷阱形成。研究表明该基因是连接初级代谢与捕食行为的关键节点，破坏它可同步增强菌株捕食效率与生防潜力，为优化线虫生物防治菌株提供了明确靶点。
创新点
首次鉴定参与 arthrosporol 生物合成的 PKS 基因；发现该基因的破坏不仅完全消除了 arthrosporol A 的生成，还显著增加了真菌的陷阱形成能力和杀线虫活性，为高效生物防治菌株的构建提供了新思路。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arthrobotrys oligospora YMF 1.3170 | arthrosporol 生物合成（聚酮-萜烯杂合代谢） | AOL_s00215g283 | 6-甲基水杨酸合酶（I型聚酮合酶） | 催化 | 敲除该基因导致 arthrosporol A 完全缺失，陷阱形成增加10倍，杀线虫活性提高2倍 |
关键发现
- 敲除 AOL_s00215g283 后，突变体完全丧失 arthrosporol A 产生
- 陷阱形成数量达 318 cm⁻²，为野生型（27 cm⁻²）的 10 倍
- 捕获线虫数量为野生型的 2 倍以上
- 突变体培养提取物仅 54 mg，不足野生型（276 mg）的 1/5
- GC-MS 检测到 sesquirosefuran 和 3,7,11-trimethyl-2,6,10-dodecatrienal 仅在野生型中存在
- AOL_s00215g283 编码蛋白与 6-甲基水杨酸合酶同源性达 53%。
研究结论
聚酮合酶基因 AOL_s00215g283 不仅参与 arthrosporol 的生物合成，还负调控真菌捕食陷阱的形成和杀线虫能力。破坏该基因可显著增强菌株的捕食效率和生防潜力，为开发高效生物防治制剂提供了新靶点。