Identification of a Key Phenyltransferase Involved in Biosynthesis of the Most Abundant Fungal Meroterpenoids Derived from 3,5-Dimethylorsellinic Acid.
- 作者
- Takayuki Itoh, Kinya Tokunaga, Edayileveettil K. Radhakrishnan, Isao Fujii, Ikuro Abe, Yutaka Ebizuka, Tetsuo Kushiro
- 单位
- Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo; School of Pharmacy, Iwate Medical University; School of Agriculture, Meiji University
- 杂志
- ChemBioChem（2012）
- DOI
- 10.1002/cbic.201200124
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
鉴定参与最丰富的真菌meroterpenoid（来源于3,5-二甲基苔色酸）生物合成的关键异戊烯基转移酶，并揭示其催化的芳香加成反应。
研究策略
通过基因组挖掘在Aspergillus terreus中发现trt基因簇，利用Aspergillus oryzae异源表达系统逐一表达PKS、PT、FMO等基因，结合LC-MS和NMR鉴定产物结构。
核心内容
该研究通过基因组挖掘在土曲霉中鉴定了负责3,5-二甲基苔色酸类meroterpenoid生物合成的trt基因簇（约36 kb，含13个基因），并利用米曲霉异源表达系统逐一验证了其功能。Trt4作为聚酮合酶合成DMOA（1），200 mL培养获得13 mg；Trt2作为关键异戊烯基转移酶，与Trt4共表达生成farnesyl-DMOA（3），从2 L培养获得6 mg，首次检测到该关键中间体。值得注意的是，Trt2催化的是芳环加成反应以破坏芳香性，而非典型的芳香取代，这是首次报道此类催化机制的异戊烯基转移酶；该酶还能催化MOA的正常芳香取代以及HPPO的异戊烯化。Trt8（FMO）将3的末端双键环氧化并水解得到5。Trt4与PksCT及构巢曲霉AN8383分别具有50%和67%的序列同一性，Trt2则与UbiA样异戊烯基转移酶同源。该工作揭示了Trt2通过生成不稳定的farnesyl-DMOA中间体启动结构多样性生物合成的机制，拓展了对异戊烯基转移酶催化多样性的认识。
创新点
首次鉴定DMOA类meroterpenoid的生物合成基因簇（trt）并检测到关键中间体farnesyl-DMOA；首次报道异戊烯基转移酶催化芳环加成反应（破坏芳香性）而非通常的芳香取代反应。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aspergillus oryzae M-2-3 | 3,5-二甲基苔色酸类meroterpenoid生物合成 | trt4 | Trt4 | 催化 | 真菌I型聚酮合酶，包含KS、AT、ACP、MeT、TE结构域，催化合成3,5-二甲基苔色酸（DMOA） |
| Aspergillus oryzae M-2-3 | 3,5-二甲基苔色酸类meroterpenoid生物合成 | trt2 | Trt2 | 催化 | UbiA样异戊烯基转移酶，催化farnesyl二磷酸对DMOA的芳香加成反应，生成farnesyl-DMOA |
| Aspergillus oryzae M-2-3 | 3,5-二甲基苔色酸类meroterpenoid生物合成 | trt8 | Trt8 | 催化 | FAD依赖单加氧酶，催化farnesyl-DMOA末端双键环氧化生成环氧中间体 |
关键发现
- 从A. terreus基因组中鉴定出36 kb的trt基因簇（13个基因）；Trt4（PKS）在A. oryzae中异源表达产生DMOA (1)，分子式C10H12O4（HRMS [M+H]+
- 0809），200 mL培养获得13 mg；Trt2（PT）与Trt4共表达产生farnesyl-DMOA (3)，分子式C25H36O4（[M+H]+
- 2686计算值，实测401.2681），从2 L培养获得6 mg，系首次检测到该关键中间体；Trt2催化芳环加成反应，同时也能催化MOA (6)的正常芳香取代生成7，并异戊烯化HPPO；Trt8（FMO）催化3的末端双键环氧化生成4，进而水解得到5；Mg2+为最有效的金属离子。Trt4与PksCT序列同一性50%，与A. nidulans AN8383同一性67%；Trt2与UbiA样PT同源。
研究结论
Trt2是关键异戊烯基转移酶，通过催化芳环加成反应生成不稳定的farnesyl-DMOA中间体，从而启动DMOA类meroterpenoid的结构多样性生物合成；该酶是首个被发现催化芳香加成反应的PT，展示了该酶类的催化多样性。