01
遇见/摘要
美国加州大学洛杉矶分校唐奕教授课题组和中国科学院深圳先进研究院周佳海研究员课题组通过基因组挖掘和异源表达，首次阐明了Trichodermaafroharzianumt-22中哈茨酸(harzianicacid,HA)的生物合成途径，并发现乙酰乳酸合成酶(acetohydroxyacidsynthase,AHAS)是HA的作用靶点。通过体内和体外测试HA对不同生物AHASs的抑制效果，发现该化合物可以抑制野生型和对商业除草剂具有抗性的AHAS突变体。此外，还发现植物和酵母来源的AHAS对HA相对不敏感，HA更倾向于选择性地抑制丝状真菌的AHAS。通过解析真菌来源的ThAHAS与HA的复合物晶体结构，观察到HA与商业除草剂具有截然不同的结合模式。该研究不仅为新型除草剂的开发提供了理论基础，同时也为通过优化HA的化学结构创制植物耐药病原真菌的杀菌剂提供了可能途径。该工作于6月16日在线发表在J.Am.Chem.Soc.上，同时被JACS选为spotlight焦点话题。
02
遇见/内容
由微生物合成的天然产物被广泛应用于医药领域，同时在农业领域也发挥着重要作用。例如，土壤微生物分泌的一些小分子化合物脱落酸(abscisicacid)和赤霉素(gibberellin)等可抑制植物病原菌，促进植物生长。对这些天然产物生物合成途径及活性的深入研究，有助于开发新型除草剂和抑真菌剂。被广泛应用于生物防治的Trichodermaafroharzianumt-22(Tht22)在影响土壤微生物组成、植物养分吸收和发育等方面发挥着重要作用。哈茨酸(harzianicacid,HA)是从Tht22中分离得到的一种新型的铁载体，可促进植物的生长和对铁离子的吸收利用，同时对多种植物病原真菌具有抑制作用。通过对Tht22基因组的生物信息学分析，发现了参与HA生物合成的基因簇（图1A）：含有PKS-NRPS(hacA)、反式烯基还原酶(hacB)、氨基转移酶(hacD)、N-甲基转移酶(hacE)和2个醛缩酶(hacC1和hacC2)的编码基因，并且在基因簇中还发现了一个截短的乙酰乳酸合成酶AHAS基因(hacH)。进一步的分析表明，在Aspergillusibericus和Penicilliumdigitatum及部分Trichoderma中也发现了同源基因簇(BGCs)。值得注意的是在其他同源BGCs中均含有一个完整的AHAS编码基因(AHASM)。通过在构巢曲霉体系中的异源表达，确定了HA的生物合成途径(图1B和1C)：起始的非天然氨基酸单元4-hydroxy-4-isopropylglutamate(L-HIG)由HacC2催化丙酮酸及α-异丙酮酸通过醛醇缩合生成S-4-hydroxy-4-isopropyl-2-oxoglutarate(HIOG)，并经HacD2的转氨作用后合成，经HacA的NRPS模块激活识别后与HRPKS模块合成的二烯酮聚酮缩合为酰胺化的聚酮-非核糖体肽杂合分子，经Dieckmann环化反应得到tetramicacid类似物demethylharzianicacid(5),最后由N-甲基转移酶HacE甲基化得到终产物HA(1)。Figure1.ProposedbiosyntheticpathwayofHA.
乙酰乳酸合成酶(AHAS)是催化侧链氨基酸生物合成途径第一步反应的酶，是目前常见除草剂和杀菌剂的作用靶点之一。在Tht22BGC中，AHAST(hacH)结构缺失，被证实不参与HA的生物合成，但在A.ibericus和P.digitatum的同源BGCs中均含有完整结构的AHAS(分别为AiAHASM和PdAHASM)，并且在各自基因组中均含有另一高度同源的housekeepingAHAS(AiAHAS和PdAHAS)。有趣的是在Tht22基因组中发现了两个完整AHAS，分别为ThAHASM与ThAHAS，蛋白序列比对发现AHASM同源蛋白在与除草剂抗性有关的活性位点脯氨酸(P)均发生了突变，ThAHASM,AiAHASM和PdAHASM相对应的位点分别突变为缬氨酸(V),缬氨酸(V)和丙氨酸(A),而AHAS的对应位点未发生变化(图2A)。为测试AHAS是否为HA的作用靶点，AHASM能否起到自抗(self-resistance)作用，通过纯化AtAHAS(ArabidopsisthalianaAHAS)、SceAHAS(SaccharomycescerevisiaeAHAS)、ThAHAS及ThAHASM进行体外抑制试验,并结合对一系列Δilv2::AHAS酵母回补菌株的生长抑制试验，发现植物和酵母来源的AHAS对HA相对不敏感，但HA可以选择性地抑制真菌来源的野生型AHAS和对商业化除草剂具有抗性的AHASM(图2B和2C)。Figure2.AHASMisresistantto
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