Aspergillus nidulans Synthesize Insect Juvenile Hormones upon Expression of a Heterologous Regulatory Protein and in Response to Grazing by Drosophila melanogaster Larvae
- 作者
- Morten Thrane Nielsen, Marie Louise Klejnstrup, Marko Rohlfs, Diana Chinyere Anyaogu, Jakob Blaesbjerg Nielsen, Charlotte Held Gotfredsen, Mikael Rordam Andersen, Bjarne Gram Hansen, Uffe Hasbro Mortensen, Thomas Ostenfeld Larsen
- 单位
- Department of Systems Biology, Technical University of Denmark; J.F. Blumenbach Institute of Zoology and Anthropology, Georg-August-University Göttingen; Department of Chemistry, Technical University of Denmark
- 杂志
- PLoS ONE（2013）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0073369
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
如何激活真菌中沉默的次级代谢基因簇，发现新化合物并阐明其生态功能，特别是真菌-昆虫互作中的化学防御机制。
研究策略
将异源表达来自黑曲霉的推测调控蛋白与系统改变培养条件相结合，筛选诱导产生的代谢物；通过果蝇幼虫取食实验验证保幼激素的生物功能。
核心内容
该研究通过异源表达策略激活了构巢曲霉中沉默的次级代谢基因簇，并揭示了真菌与昆虫之间的化学防御互作机制。研究者将来自黑曲霉的推定调控蛋白基因smrA导入构巢曲霉，结合高盐培养条件，成功诱导合成了昆虫保幼激素III及其前体法尼酸甲酯。通过发酵分离纯化获得JH-diol 2.0毫克、化合物2共2.6毫克及JH-III 1.4毫克。果蝇幼虫取食实验显示，取食行为显著增加了菌丝内JH-III和JH-diol的积累，同时处理组果蝇干重显著低于对照组，表明这些化合物对昆虫具有生理影响。研究还发现JH-III和JH-diol存在于菌丝内部，而法尼酸甲酯则作为挥发性物质释放到环境中。序列分析显示smrA与构巢曲霉内源基因ANID_06396具有62%的氨基酸同一性。该工作首次证明真菌具备合成昆虫保幼激素的能力，且该合成可被昆虫取食诱导，提示保幼激素在真菌-昆虫拮抗关系中发挥防御功能，同时为微生物生产保幼激素类杀虫剂提供了新的生物资源途径。
创新点
首次报道真菌能够合成昆虫保幼激素III（JH-III）和法尼酸甲酯（MF）；证明昆虫取食可诱导其合成；提供了一种组合激活沉默基因簇并关联生态功能的研究策略。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aspergillus nidulans | 倍半萜生物合成（保幼激素III、法尼酸甲酯） | smrA (est_fge1_pg_C_150220) | SmrA | 调控 | 异源表达自Aspergillus niger的转录因子，组成型表达于IS1位点，激活JH-III和MF合成 |
| Aspergillus niger | 次级代谢基因簇（含PKS/NRPS） | fge1_pg_C_4000037, e_gw1_4.316, e_gw1_11.945, gw1_10.247, fge1_pg_C_19000192, e_gw1_8.296, est_fge1_pg_C_150220 | 推定的双核锌簇转录因子 | 调控 | 通过共表达分析和基因组共定位筛选出的7个候选调控蛋白 |
| Drosophila melanogaster | — | — | — | — | 幼虫取食作为生物诱导因素，促进A. nidulans中JH-III和JH-diol合成 |
关键发现
- 在构巢曲霉中异源表达smrA（est_fge1_pg_C_150220）并在高盐条件下诱导合成了JH-III和MF；分离并纯化得到JH-diol
- 0 mg、compound 2
- 6 mg、JH-III
- 4 mg；D. melanogaster幼虫取食显著增加JH-III和JH-diol积累（JH-III p=0.0288和0.00723，JH-diol p=0.0006和0.02415）；NID477处理组果蝇干重显著低于对照（F2,38=6.652, p=0.003）；smrA与A. nidulans基因ANID_06396有62%氨基酸同一性；JH-III和JH-diol存在于菌丝内，MF为挥发性并释放到环境中。
研究结论
构巢曲霉具有合成昆虫保幼激素的能力，该合成可被异源调控蛋白表达和昆虫取食诱导，提示保幼激素在真菌-昆虫拮抗互作中发挥潜在防御作用，并为微生物生产保幼激素类杀虫剂提供新资源。