The Sfp-Type 4'-Phosphopantetheinyl Transferase Ppt1 of Fusarium fujikuroi Controls Development, Secondary Metabolism and Pathogenicity
- 作者
- Philipp Wiemann, Sabine Albermann, Eva-Maria Niehaus, Lena Studt, Katharina W. von Bargen, Nelson L. Brock, Hans-Ulrich Humpf, Jeroen S. Dickschat, Bettina Tudzynski
- 单位
- Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen, Westfälische Wilhelms-Universität Münster; Institut für Lebensmittelchemie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster; Institut für Organische Chemie, Technische Universität Braunschweig
- 杂志
- PLoS ONE（2012）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0037519
- 所属领域
- 微生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析F. fujikuroi中Sfp型4'-磷酸泛酰巯基转移酶FfPpt1在赖氨酸合成、次生代谢、发育和致病性中的功能，并揭示其与铁摄取系统的关系。
研究策略
通过靶向基因敲除、回补、代谢物分析（HPLC、GC-MS）、Northern blot、荧光标记的致病性测定及系统发育分析，系统研究FfPpt1及其相关基因的生物学功能。
研究路线图
核心内容
该研究对藤仓镰孢菌中Sfp型4′-磷酸泛酰巯基转移酶FfPpt1进行了系统功能解析。通过靶向基因敲除、回补实验并结合HPLC、GC-MS代谢物分析及水稻侵染实验，发现FfPpt1为该菌赖氨酸生物合成所必需，ΔFfppt1突变体在无赖氨酸培养基上无法生长，补充10 mM赖氨酸可恢复。该酶缺失导致bikaverin、fusarubin和fusarin等PKS/NRPS型次生代谢产物完全丧失，却在赤霉素低产菌株中将赤霉素产量提升约15倍，同时显著增加α-acorenol和ent-kaurene等萜类积累，说明碳流被重新导向萜类代谢途径。此外，研究鉴定出一套新的还原性铁摄取系统FfFtr3/FfFet3，并证实GATA型转录因子FfSre1调控铁稳态。致病性实验表明ΔFfppt1在缺赖氨酸或铁限制条件下丧失侵染水稻根的能力。该工作首次在镰刀菌属中表征Sfp型PPTase，揭示了其在发育、次生代谢及致病性中的多重调控作用，为提高赤霉素等萜类化合物产量提供了代谢工程策略。
创新点
首次在镰刀菌属中表征Sfp型PPTase；证明FfPpt1缺失导致PKS/NRPS产物消失而萜类产物增加；鉴定出新的第三套还原性铁摄取系统FfFtr3/FfFet3并阐明GATA型转录因子FfSre1对铁稳态的调控作用。
研究对象（11）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | 赖氨酸生物合成 | Ffppt1 | FfPpt1 | 催化 | Sfp型4'-磷酸泛酰巯基转移酶，激活α-氨基己二酸还原酶 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | 赖氨酸生物合成 | Ffaar1 | FfAar1 | 催化 | α-氨基己二酸还原酶，FfPpt1的靶标蛋白 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | bikaverin生物合成 | bik1 (pks4) | Bik1 | 催化 | I型聚酮合酶，负责bikaverin合成 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | fusarubin生物合成 | fsr1 | Fsr1 | 催化 | I型聚酮合酶，负责fusarubin合成 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | fusarin生物合成 | fus1 | Fus1 | 催化 | PKS/NRPS杂合酶，负责fusarin合成 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | 铁载体生物合成 | FfNps6 | FfNps6 | 催化 | 非核糖体肽合成酶，参与胞外铁载体合成 |
| Fusarium fujikuroi | 铁摄取 | FfFtr3 | FfFtr3 | 转运 | 铁通透酶，与FfFet3构成第三套还原性铁摄取系统 |
| Fusarium fujikuroi | 铁摄取 | FfFet3 | FfFet3 | 催化 | 铁氧化酶，与FfFtr3构成第三套还原性铁摄取系统 |
| Fusarium fujikuroi | 铁稳态调控 | FfSre1 | FfSre1 | 调控 | GATA型转录因子，铁充足时抑制铁摄取及铁载体合成相关基因 |
| Fusarium fujikuroi IMI58289 | 赤霉素生物合成 | cps/ks | CPS/KS | 催化 | ent-copalyl二磷酸/ent-kaurene合酶，赤霉素生物合成关键酶 |
| Fusarium fujikuroi C-1995 | 赤霉素生物合成 | gs2 | Gs2 | 催化 | 赤霉素生物合成基因，受FfPpt1缺失影响表达上调 |
关键发现
- FfPpt1与A. fumigatus PptA具有32%同源性（e值2.6e-26）
- ΔFfppt1在无赖氨酸培养基上不能生长，补充10mM赖氨酸可恢复
- 在GA低产菌株C-1995中，Ffppt1缺失使GA产量增加约15倍，α-acorenol和ent-kaurene产量显著增加
- ΔFfppt1完全丧失bikaverin、fusarubin和fusarin产生能力（HPLC未检出），但moniliformin产量不受影响（MRC2276菌株）
- ΔFfFtr3/FfFet3在铁限制下生长受损，添加2μM ferrichrome可恢复
- ΔFfSre1在含1mM FeCl3的培养基上不能生长
- 致病性实验表明，ΔFfppt1在无赖氨酸或添加BPS时不能侵染水稻根，补充赖氨酸后可恢复侵染。
研究结论
FfPpt1是F. fujikuroi赖氨酸生物合成和PKS/NRPS型次生代谢所必需的，影响无性及有性发育和致病性；其缺失可将碳流重新导向萜类代谢，可能为提高赤霉素等萜类化合物产量提供策略；同时发现新的铁摄取系统FfFtr3/FfFet3及其转录调控因子FfSre1，揭示了镰刀菌与曲霉属在铁稳态调控上的保守机制。