刘文、唐威华等在禾谷镰孢菌毒力因子的研究中取得新进展

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禾谷镰孢菌是引起小麦赤霉病、玉米赤霉茎腐病等农作物危害的重要病原真菌。近年来，禾谷镰孢菌感染引起的赤霉病在世界范围内频繁爆发，造成严重的产量和经济损失，该病原菌还会产生大量真菌毒素污染粮食，给人畜健康构成严重威胁。受限于禾谷镰孢菌侵染作物的毒力因子、分子致病机制不清楚等问题，对于禾谷镰孢菌的防治手段十分有限，主要集中在化学防治，还没有完全有效的生物防治方法可供使用。深入研究禾谷镰孢菌侵染作物的分子致病机制，发现新的毒力因子，对开发新的赤霉病生物防治方法具有重要意义。
　　上海有机所刘文团队和分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所唐威华团队长期合作，对禾谷镰孢菌的毒力因子及其侵染机制展开了系统研究。他们通过转录组学、基因敲除、代谢分析等手段发现基因簇fg3_54产生的非核糖体八肽fusaoctaxin A是禾谷镰孢菌侵染小麦的重要毒力因子，该毒力因子通过影响宿主细胞间的渗透过程而促进禾谷镰孢菌对植物的侵染（Nat. Commun. 2019, 10, 922）。近期，他们对基因簇fg3_54产生的代谢产物进行了深入分析，发现了一个新的毒力因子fusaoctaxin B，并通过详尽的体内和体外实验揭示了其生物合成特殊前体胍基乙酸（GAA）单元的全新生物合成途径（J. Am. Chem. Soc. 2021, /doi.org/10.1021/jacs.1c07770）。
　　不同于已知的胍基乙酸形成途径——通过脒基转移酶催化甘氨酸和精氨酸之间的亲核取代，禾谷镰孢菌仅利用精氨酸为底物，通过多酶催化的串联反应对精氨酸进行修饰得到胍基乙酸。首先，精氨酸在细胞色素P450蛋白Fgm1存在下对C4位惰性C-H键活化得到4(R)-羟基精氨酸；然后，由PLP依赖的裂解酶Fgm3选择性地催化Cβ-Cγ键断裂得到胍基乙醛和丙氨酸；胍基乙醛不稳定，会自发环化，再经由脱氢氧化得到内酰胺中间体；最后，在金属依赖的水解酶Fgm2作用下水解线性化得到胍基乙酸。胍基乙酸作为非天然氨基酸合成砌块，再被非核糖体合成酶NRPS9识别，通过顺序的NRPS模块化组装得到成熟的非核糖体八肽毒力因子fusaoctaxin B。

图1 禾谷镰孢菌毒力因子fusaoctaxin B的生物合成途径

　　禾谷镰孢菌毒力因子fusaoctaxin B的发现，从分子层面加深了对禾谷镰孢菌侵染作物的认识，对开发赤霉病的生物防治方法、构建对禾谷镰孢菌全抗性的作物育种提供了重要的依据；对毒力因子特殊结构单元的生物合成机制研究，揭示了全新的生物合成途径、新颖的酶学机制，为生物催化提供了多样化的酶学工具。
　　上海有机所刘文课题组汤志军博士、唐昊雨博士和分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所唐威华课题组王婉秋博士是本文共同第一作者，薛玉峰硕士作出重要贡献。上述成果获得了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委和中科院等相关项目的大力资助。


        文章来源：上海有机所
       刘文,男，中国科学院上海有机化学研究所研究员,1971年5月出生于四川省西昌市 1988年9月-1992年7月，四川大学生物工程系微生物专业,学士学位； 1994年9月---1997年7月，中国协和医科大学（中国医学科学院），硕士学位； 1997年9月---2000年7月；中国协和医科大学（中国医学科学院）博士学位（美国加州大学戴维斯分校化学系联合培养）； 2000年9月---2001年8月，美国加州大学戴维斯分校化学系(DepartmentofChemistry,UniversityofCalifornia-Davis)，博士后； 2001年9月---2003年8月，美国威斯康星大学麦迪逊分校药学院(School of Pharmacy,University of Wisconsin-Madison)，研究助理；2003年8月-至今，入选中国科学院“百人计划”，上海有机化学研究所，研究员。
        唐威华研究员长期从事细胞间信号传导和细胞极性生长机制研究，主要以番茄花粉管和植物病原真菌禾谷镰孢为模式系统研究顶端生长细胞与周围细胞之间的信号交流和行为互动。在国际高水平期刊Plant Cell, PLoS Pathogens, Plant Physiology，MPMI等杂志发表论文多篇。现为中国科学院植物生理生态研究所研究员、党委副书记，中国科学院植物生理生态研究所“百人计划”课题组长。现任中国植物生理与植物分子生物学学会秘书长，中科院植物生理生态研究所学位委员会主任。2017年入选国家“万人计划”科技创新领军人才。