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Vibralactone(韧革菌素)是由高等真菌褐盖韧革菌(Boreostereum vibrans)发酵产生的一个结构新颖且具有强胰脂肪酶抑制活性的天然产物。由于其新颖的结构和潜在的药物开发价值,目前已经有多个学科的研究人员对其进行了研究。但有关该化合物在生源上的准确归类一直存在争议,其确切的生物合成途径更不清楚。目前的文献中一般将其归到倍半萜或者聚酮类化合物中。为了给该化合物在生源上进行准确归类提供一些实验证据,同时为了更好的通过改变发酵条件或者利用代谢工程改造菌株提高韧革菌素的产量,我们选择对其生物合成途径进行了研究。结果发现韧革菌素在生源上既不属于倍半萜也不属于聚酮,而是属于莽草酸途径,且其生物合成途径中可能存在着一些催化机制非常新颖的反应。
论文第一章主要通过13C同位素标记的前体饲喂、代谢谱、以及cell free转化等实验确定了韧革菌素在褐盖韧革菌中可能的生物合成途径。我们首先利用13C同位素标记的前体饲喂实验确定韧革菌素结构中侧链异戊烯基在生源上来源于MVA途径,而其核心的碳骨架来源于莽草酸途径。然后通过监测褐盖韧革菌发酵过程中的代谢谱,确定了几个可能参与韧革菌素生物合成的关键的中间体。最后利用cell free和非天然底物的转化实验证明了我们的推测,确定了中间体跟产物之间的转化关系。结合三个实验和文献资料,在第一章我们提出了韧革菌素可能的生物合成途径。
论文第二章为韧革菌素生物合成途径中异戊烯基转移酶的研究,研究中首先根据论文第一章的结果推测韧革菌素中异戊烯基是在早期引入的,而其可能的底物是对羟基苯甲醇,因此确定其生物合成途径中的异戊烯基转移酶应该属于芳香族异戊烯基转移酶。此外,通过分析全基因组测序的结果,发现只有一个基因被注释为芳香族异戊烯基转移酶。实验中选择该基因为目标基因,根据测序结果设计特异引物,然后分别以基因组DNA和1st cDNA为模板,通过PCR扩增得到了vibPT基因的全长和其CDS全长序列,然后将其CDS全长构建到pET32a(+)表达载体中,并在大肠杆菌中进行异源表达,结果得到了可溶蛋白。最后通过粗酶活性检测的方法确定了其催化活性,从粗酶活性检测结果可以看出VibPT能够将对羟基苯甲醇异戊烯基化,这与我们的预期一致,即该基因可能就是参与韧革菌素生物合成的异戊烯基转移酶基因。进一步的酶的动力学和RNAi实验正在进行中。
论文第三章主要综述了真菌来源的聚酮类化合物的生物合成研究进展。主要从真菌聚酮类化合物的分类,生物合成机制,调控机制以及研究其生物合成的常用方法等方面进行了总结。此外还对未来真菌聚酮类化合物生物合成的研究方向进行了展望。