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中德科学家发现双萘并吡喃酮类化合物的重要功能

文章来源: iNature       发布时间:2019-08-12

2019年8月8日,浙江大学陈卫教授团队联合德国哥廷根大学Petr Karlovsky教授团队在Nature Communications上发表题为“Bis-naphthopyrone pigments protect filamentous ascomycetes from a wide range of predators”的最新研究成果。该研究首次揭示了双萘并吡喃酮类化合物对真菌(丝状子囊菌)自我保护的重要功能及分子机制,具有非常重要的意义。


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土壤真菌不仅在降解植物产生营养物质的过程中发挥着重要作用,同时也是土壤中昆虫偏爱的食物营养来源。真菌主要通过表达产生特定蛋白或次生代谢产物进行自我保护,抵御昆虫的伤害。关于此类代谢产物的研究已有较长的历史,通常认为此类化合物能对昆虫产生较强的毒性作用,从而保护真菌自身免受昆虫的侵袭。与以往的研究不同,该研究运用合成生物学、转录组学、基因工程技术等多学科技术手段,首次发现对昆虫无毒性作用的真菌次生代谢产物—双萘并吡喃酮类化合物在丝状子囊菌抵御昆虫侵袭起保护作用。


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双萘并吡喃酮化学结构式


在这项研究中,研究团队通过转录组学分析镰刀菌中13710个基因的表达水平,解析了昆虫侵袭后菌株中双萘并吡喃酮类化合物的生物合成途径,发现该代谢途径相关的基因簇均出现明显上调现象。研究团队运用基因工程技术改造镰刀菌菌株,干扰聚酮合成酶基因PKS12从而抑制菌株内双萘并吡喃酮的合成途径,发现昆虫偏好食用基因改造后的镰刀菌,揭示了双萘并吡喃酮类化合物是一种新型昆虫拒食素。研究团队进一步运用系统的毒理学评价技术,结果显示与之前报道的其它防御代谢产物不同,双萘并吡喃酮对昆虫并不具有毒性。


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双萘并吡喃酮生物合成途径的关联基因簇


该项研究系统解析了真菌次生代谢产物—双萘并吡喃酮类化合物的生物合成途径,揭示了真菌次生代谢产物—双萘并吡喃酮类化合物在真菌自我保护机制中的重要作用。该研究成果不仅为双萘并吡喃酮类化合物的毒理学特性及生物合成机制的研究提供了新的理论和实验依据,也拓展了对微生物次生代谢产物的食品安全防控的认识,对促进农业、食品和环境产业的创新发展和推动绿色经济增长具有重要的科学意义和潜在应用价值。


该论文通讯作者为浙江大学陈卫教授、德国哥廷根大学Petr Karlovsky教授。部分研究工作得到德国不来梅大学Marko Rohlfs教授和汉堡大学Wilhelm Schäfer教授的支持。本研究受到国家自然科学基金和德国科学基金会的资助。


关于哥廷根大学


乔治-奥古斯都-哥廷根大学(德文:Georg-August-Universität Göttingen,拉丁文:Universitas Regiæ Georgiæ Augustæ)简称哥廷根大学,因德国汉诺威公爵兼英国国王格奥尔格二世创建而得名。

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