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上海生科院揭示卵胞霉素生物合成及抑制昆虫免疫机制

8月24日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王成树研究组的论文:Fungal biosynthesis of the bibenzoquinone oosporein to evade insect immunity。该研究揭示了昆虫病原真菌—白僵菌合成苯醌类次级代谢产物以及利用该小分子化合物抑制昆虫免疫反应的分子机理。

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醌类化合物广泛存在于不同生物中,以1,2-苯醌和1,4-苯醌为基本结构的衍生物,种类多样并具有重要的生物活性,但大部分醌类化合物的生物合成机理并不清楚。由1,4-苯醌类结构组成的卵胞霉素(oosporein)于上世纪六十年代从昆虫病原真菌白僵菌中分离、鉴定,后来发现一些植物病原真菌、植物内生菌等也能产生卵胞霉素。卵胞霉素具有杀虫、抗细菌、抗病毒及抗卵菌的活性,同时能引起禽类痛风病,其生物合成机理一直不清楚。


王成树研究组在完成球孢白僵菌基因组的基础上,博士生冯鹏等通过生物信息分析、功能基因组及化学生物学研究等,完整地解析了由聚酮合成酶(Polyketide synthase, PKS)途径生物合成卵胞霉素的分子机理。该PKS基因簇包含7个基因:OpS1-OpS7。OpS1即PKS负责合成苷色酸,在羧化酶OpS4的作用下生成6-甲基苯三酚,在氧化酶OpS7的作用下生成6-甲基苯四酚,最终在漆酶OpS5的螯合作用下生成卵胞霉素。


期间,酮-烯醇互变反应生成系列中间产物,包括首次发现的5,5¢-双脱氧卵胞霉素 (5,5¢-dideoxy-oosporein)。整个基因簇受OpS3转录因子的正调控。昆虫生物测定表明,卵胞霉素能够抑制昆虫细胞免疫、抗菌酶类的活性及抗菌肽基因的表达,从而促进白僵菌感染杀虫。


这项研究首次揭示了由PKS途径合成醌类化合物的分子机理,以及真菌次级代谢小分子作为效应分子,参与真菌-昆虫互作的机制。


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