高级醇 · 代谢工程文献库

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Biosynthesis of Terpenoid Natural Products in Fungi

作者
Claudia Schmidt-Dannert
DOI
10.1007/10_2014_283
所属领域
代谢工程
关键词
AscomycotaBasidiomycotaBiosynthesisDiterpenoidsGene clusterIsoprenoidNatural productsPathwaysPrenyl transferaseSesquiterpenoidsTerpene cyclaseTerpene synthaseTerpenoids
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解决的核心问题

真菌萜类天然产物生物合成途径的酶学、遗传和基因组学知识综述，特别关注子囊菌和担子菌之间的萜类代谢差异。

研究策略

系统讨论参与真菌萜类生物合成的异戊二烯基链合成酶、转移酶和环化酶，比较两大菌门的基因组特征和基因簇分布，并结合生化、遗传和基因组视角进行综合评述。

研究路线图

100%
研究问题：真菌萜类生物合成途径的酶学、遗传与基因组学机制
研究策略：综合分析子囊菌与担子菌的合成酶、转移酶、环化酶及基因组特征
关键改造：发现非经典环化酶、新倍半萜合酶家族及多个基因簇
结果1：担子菌倍半萜合酶数量为子囊菌4倍
结果2：Omphalotus与Stereum的高特异性原没药烷合酶
结果3：基因组挖掘揭示500+候选倍半萜合酶基因
结论：真菌萜类研究仍处早期，子囊菌与担子菌差异显著
展望：基因组与合成生物学加速途径鉴定与表征
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核心内容

该文系统综述了真菌萜类天然产物生物合成的酶学机制与基因组特征，重点比较了子囊菌和担子菌两大菌门在代谢途径上的差异。作者从异戊二烯基链合成酶、转移酶和环化酶入手，结合生化、遗传及基因组学数据，讨论了经典及非经典萜烯环化酶（如UbiA型、ABBA型）的催化机制，并介绍了通过基因组挖掘和异源重构新鉴定的真菌萜类基因簇。关键结果表明，担子菌基因组中倍半萜合酶数量平均为子囊菌的4倍（前者每基因组10–20个，后者4–10个），但仅发现少量二萜合酶同源物；例如Omphalotus olearius编码10个倍半萜合酶（Omp1–10），其中Omp6/7为高特异性原没药烷合酶，Stereum hirsutum中Stehi2/6/7也特异性合成原没药烷且定位于大基因簇。2011–2012年间对40个担子菌基因组的BLAST分析鉴定出约500个推定倍半萜合酶基因，该数字目前已翻倍。这些发现显示真菌萜类生物合成研究仍处早期，子囊菌与担子菌资源差异显著，而基因组驱动的途径发现与合成生物学手段将显著加速萜类天然产物的鉴定和表征。

创新点

综述了非经典萜烯环化酶（如UbiA型和ABBA型）、新发现的倍半萜合酶家族以及通过基因组挖掘和异源重构途径发现的多个真菌萜类生物合成基因簇。

研究对象（8）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Fusarium sporotrichioides trichothecene biosynthesis — Trichodiene synthase 催化 催化FPP环化生成trichodiene，是单端孢霉烯毒素生物合成途径第一个关键酶
Penicillium roqueforti aristolochene biosynthesis — Aristolochene synthase 催化 催化FPP环化生成aristolochene，PR毒素等倍半萜类的前体
Coprinus cinerea sesquiterpenoid biosynthesis cop6 Cop6 (cuprenene synthase) 催化 高度产物特异性的cuprenene合酶，位于包含P450的迷你基因簇中
Omphalotus olearius illudin biosynthesis omp6 Omp6 (protoilludene synthase) 催化 催化FPP 1,11环化生成Δ6-protoilludene，位于18个基因的illudin生物合成基因簇中
Stereum hirsutum protoilludane biosynthesis stehi2 Stehi2 (protoilludane synthase) 催化 高特异性protoilludane合酶，位于推定的大生物合成基因簇中
Penicillium paxillii paxilline biosynthesis paxC PaxC (prenyl transferase) 催化 催化GGPP转移到吲哚环C3位，同时消除甘油醛-3-磷酸
Aspergillus fumigatus pyripyropene biosynthesis pyr4 Pyr4 (farnesyl cyclase) 催化 预测为跨膜蛋白的局限型环化酶，催化法尼基链环化，依赖于Pyr3环氧化的C10-C11双键
Phomopsis amygdali fusicoccin biosynthesis paFS PaFS (fusicocca-2,10(14)diene synthase) 催化 嵌合蛋白，C端融合GGPP合酶，催化GGPP环化生成fusicocca-2,10(14)-diene

关键发现

  1. 担子菌基因组中倍半萜合酶数量平均是子囊菌的4倍（担子菌每个基因组10-20个，子囊菌4-10个）
  2. 在6个担子菌基因组中仅发现11个二萜合酶同源物
  3. Omphalotus olearius基因组编码10个倍半萜合酶（Omp1-10），其中Omp6/7为高特异性原没药烷合酶
  4. Stereum hirsutum基因组编码16个推测倍半萜合酶，其中Stehi2/6/7为特异性原没药烷合酶并位于大基因簇中
  5. 2011-2012年对40个担子菌基因组BLAST分析鉴定出约500个推定倍半萜合酶基因，目前该数字已翻倍。

研究结论

真菌萜类生物合成研究仍处于早期阶段，子囊菌和担子菌在萜类天然产物组成和基因资源上存在显著差异，基因组和生物信息学驱动的途径发现以及合成生物学方法将极大加速真菌萜类天然产物生物合成途径的鉴定和表征。