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植物所科研人員解析真菌棒曲黴素生物合成的分子途徑及調控機制

  由真菌産生的聚酮類次生代謝産物——棒曲黴素(Patulin)是造成果實及其加工産品汙染的重要真菌毒素,對人和動物都具有毒性,給消費者的身體健康帶來巨大威脅。因此,解析真菌中棒曲黴素生物合成的分子基礎,並闡明其合成途徑及調控機制,對創制果實采後棒曲黴素防控技術至關重要。 

  淘宝彩票-首页田世平研究组长期从事果实采后病理学研究。研究团队前期从扩展青霉(Penicillium expansum)中鑒定到一個含有15個基因的棒曲黴素合成基因簇,證明了該簇中基因對棒曲黴素合成的調控作用,揭示了棒曲黴素生物合成的分子基礎,並發現響應環境pH信號的轉錄因子PePacC能通過調控該基因簇中基因表達控制棒曲黴素合成。近期,研究團隊在此基礎上,利用基因敲除、突變株底物飼喂、蛋白異源表達和體外催化等方法,明確了棒曲黴素生物合成途徑中8步反應的催化酶及其編碼基因。研究人員基于分子遺傳學和生物化學證據,明確了棒曲黴素生物合成途徑中第4步反應的産物爲龍膽醛,而不是間羟基苯甲醛,解決了長期以來在此步反應上僅基于化學産物推斷形成的爭議。同時,研究人員還通過對棒曲黴素合成基因簇編碼的全部15個蛋白及相關調控因子PeLaeAPeVeAPeVelB的亞細胞定位,初步確定了合成途徑中各催化酶、轉運蛋白和調控蛋白的亞細胞分布,勾勒出了棒曲黴素在擴展青黴胞內生物合成及轉運路徑的分子網絡。 

  該研究不僅爲深入認知真菌中棒曲黴素生物合成的分子基礎、轉運路徑和調控網絡提供了分子證據,還爲研發精准高效的控制技術提供了新思路。研究成果對實現從源頭上控制棒曲黴素汙染,確保果實及其加工産品的品質安全具有重要意義。 

  該研究于313日正式發表于國際學術期刊Environmental microbiology。田世平研究組李博強研究員,以及博士研究生陳勇、已畢業博士生宗元元爲論文共同第一作者,田世平研究員爲論文通訊作者。美國芝加哥大學龍漫遠教授對研究工作給予了指導。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會資助。  

  文章鏈接:  

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.14542 

  (資源植物實驗室供稿) 

   

  棒曲黴素的生物合成途徑和調控機制。A、棒曲黴素合成基因簇編碼蛋白的亞細胞定位;B、突變株底物飼喂解析棒曲黴素生物合成途徑;CP. expansum中棒曲黴素的生物合成、轉運和調控模式圖。 


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