Volatile Terpenes from Actinomycetes: A Biosynthetic Study Correlating Chemical Analyses to Genome Data
- 作者
- Patrick Rabe, Christian A. Citron, Jeroen S. Dickschat
- 杂志
- ChemBioChem（2013）
- DOI
- 10.1002/cbic.201300329
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
放线菌中挥发性萜烯的生物合成途径与其基因组中萜烯环化酶功能之间的关联不明，需要快速鉴定新萜烯环化酶功能的方法。
研究策略
利用闭环剥离装置收集24株放线菌的挥发性化合物，通过GC/MS分析鉴定萜烯成分，并将化学分析数据与192个细菌萜烯环化酶的系统发育分析相结合，预测新酶的功能。
核心内容
该研究将放线菌挥发性萜烯的化学分析与基因组数据相结合，旨在快速鉴定萜烯环化酶的新功能。研究者利用闭环剥离装置收集了24株放线菌的挥发性产物，通过GC/MS鉴定其中的萜烯成分，并将这些化学数据与192个细菌萜烯环化酶的系统发育分析进行关联。基于这一策略，该研究提出了三个新酶的功能预测，包括来自西班牙链霉菌DSM 44229的(E)-β-石竹烯合酶、来自筑波链霉菌NRRL 18488的selina-3,7(11)-二烯合酶以及来自酸疮痂链霉菌84-104的aristolochene合酶。此外，化学分析揭示selinadienes是一大类由多种链霉菌产生的倍半萜，并新发现了epi-isozizaeane、caryolan-1-ol和pentalenene等已知生物合成途径的多个未知副产物。该工作表明，将大规模化学分析数据与系统发育树相结合，是预测新萜烯环化酶功能及发现新副产物的有效手段，为后续的生化验证和萜烯生物合成机制研究奠定了基础。
创新点
首次将大规模化学分析数据与萜烯环化酶系统发育树关联，提出了三个新萜烯环化酶的功能；鉴定出多个已知萜烯环化酶的未知副产物，加深了对环化机制的理解。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| St. espanensis DSM 44229 | 萜烯生物合成 | YP_007039597 | (E)-β-caryophyllene synthase | 催化 | 预测的新酶，催化FPP环化生成(E)-β-caryophyllene |
| S. tsukubaensis NRRL 18488 | 萜烯生物合成 | ZP_10070539 | selina-3,7(11)-diene synthase | 催化 | 预测的新酶，催化FPP环化生成selina-3,7(11)-diene |
| S. acidiscabies 84-104 | 萜烯生物合成 | ZP_10457327 | aristolochene synthase | 催化 | 预测的新酶，催化FPP环化生成aristolochene |
| S. pristinaespiralis | 萜烯生物合成 | — | selina-4(15),7(11)-diene synthase | 催化 | 已通过异源表达表征，生成selina-4(15),7(11)-diene及其副产物 |
| S. filamentosus | 萜烯生物合成 | — | epi-cubenol synthase | 催化 | 催化FPP生成epi-cubenol及多种新发现的副产物 |
关键发现
- 分析了24株放线菌，通过GC/MS鉴定多种萜烯；结合192个细菌萜烯环化酶序列的系统发育分析，提出了三个新酶的功能：(E)-β-caryophyllene synthase (YP_007039597, St. espanensis DSM
- 、selina-3,7(11)-diene synthase (ZP_10070539, S. tsukubaensis NRRL
- 和aristolochene synthase (ZP_10457327, S. acidiscabies 84-104)。发现selinadienes是一大类由多种链霉菌产生的相关倍半萜。此外，新发现了epi-isozizaeane、selina-4(15),7(11)-diene、epi-cubenol、caryolan-1-ol和pentalenene生物合成途径的多个副产物。
研究结论
萜烯环化酶在放线菌中广泛存在，化学分析与系统发育分析相结合是预测新酶功能和发现新副产物的有效方法，为后续生化验证奠定了基础。