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植物内生菌次级代谢产物研究揭示一种新的环庚三烯酚酮生物合成机

植物内生菌次级代谢产物研究揭示一种新的环庚三烯酚酮生物合成机制

  植物内生菌(Endophyte)是指其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌。它们与植物的关系为互惠共生,其代谢产物可能能刺激植物生长发育,提高寄主植物对生物胁迫和非生物胁迫的抵抗能力,使得植物内生菌成为生物防治中有潜力的微生物农药增产菌或生防载体菌的重要来源。同时植物内生菌也是目前天然药物活性分子发现的重要来源。

  中国科学院昆明植物研究所黄胜雄研究组以此为研究方向,对药用植物内生菌的次级代谢产物进行了系统性研究。在实验室成功构建了药用植物内生菌的分离鉴定、活性筛选、活性化合物提取以及生物合成的研究平台。从多种药用植物,如三七、重楼、龙血树和茶树等中分离了近2000株植物内生真菌和放线菌,从中发现了多个结构新颖的化合物,例如与云南大学微生物研究所赵立兴课题组合作从传统中药三七中分离得到内生真菌Penicillium 腾讯分分彩 manginii YIM PH30375,并从其发酵液中分离到一种新的聚酮来源的含7个环的联苯类二聚体化合物Duclauxamide A1。并通过晶体衍射和13C NMR DFT 计算确认了其绝对构型,纠正了duclauxins类化合物长期存在的C-9’R构型的错误。研究成果以New Duclauxamide from Penicillium manginii YIM PH30375 and Structure Revision of the Duclauxin Family 为题发表在Organic Letters(2015, 17 , 1146腾讯分分彩

  最近通过对茶树(Camellia sinensis)中分离得到的内生放线菌Streptomyces sp. KIB-H033的代谢成分研究,分离得到了具有吡啶环、环戊酮环、环庚三烯酚酮环、呋喃环及吡喃环五环并构的新颖骨架的托酚酮类天然产物罗博卢酮ABrubrolone。而其中的罗博卢酮 B具有一个稀有的苯甲酸-吡啶环内盐基团。通过ECD谱图的计算确认了该化合物轴手性。由于自然界含有托酚酮环的天然产物相对较少,而且其环形成的生物合成化学机制研究不够深入,仅有一篇关于真菌代谢托酚酮类化合物密挤青霉酸(stipitatic acid)生物合成的报道(PNAS, 2012, 109, 7042)的文献。通过13C-标记的醋酸盐的喂养实验初步研究了其生物合成碳原子的来源并推测罗博卢酮独特的环庚三烯酚酮环结构骨架苷元是由微生物二型聚酮合酶(type-II PKS)参与合成的,其间还经历了复杂的氧化重排过程。该发现与真菌中托酚酮类化合物密挤青霉酸(stipitatic acid)环庚三烯酚酮环的合成明显不同,代表着一个全新的环庚三烯酚酮环生物合成的化学机制。研究成果以Tropolone Ring Construction in the Biosynthesis of Rubrolone B, a Cationic Tropolone Alkaloid from Endophytic Streptomyces 为题发表在Organic Letters2016, 18, 1254。论文发表后,该研究还被综述杂志Natural Product ReportsNat. Prod. Rep., 2016, 33, 742评选为热点研究化合物(Hot off the Press)。

  以上研究得到国家自然科学基金项目(21372230, 81522044, 81302669)、云南省高端科技人才计划(2013HA022)和云南省应用基础研究计划(2015FB175)以及中组部青年千人计划等基金资助。

 

  图:(A罗博卢酮 B喂养实验及13C标记模式;(B)已报道的真菌代谢天然产物密挤青霉酸中环庚三烯酚酮的生物合成机制;(C)该研究推测的罗博卢酮中环庚三烯酚酮结构单元的生物合成机制。