Angew. Chem. ：基因组靶向挖掘发现真菌黄酮生物合成新机制

黄酮是主要存在于植物中的一大类天然产物，如花青素、大豆异黄酮、水飞蓟宾等，在食品、医药方面具有重要应用价值。目前，黄酮资源依赖于植物种植和提取，产能小、成本高，限制了市场潜力的开发。微生物合成生物技术是重要的潜在解决途径，但面临着植物黄酮合成途径难以在微生物中高效异源重构的困境。近日，中科院青能所吕雪峰团队在丝状真菌中阐明了完整的黄酮生物合成途径，其独特催化机制为黄酮合成生物技术开发提供了新的选择方案。

为了寻找具有抗菌和除草活性的天然产物，研究团队首先以支链氨基酸合成关键酶乙酰乳酸合酶（ALS）为探针，利用自抗性基因共定位（SRGD）策略在亮白曲霉中发现了与ALS自抗性基因cfoL共定位的NRPS-PKS杂合酶基因簇cfo。通过NRPS-PKS核心基因敲除证实该基因簇负责合成黄酮类化合物氯黄酮，进一步的活性实验显示氯黄酮具有抑制拟南芥种子萌发和病原菌生长的活性，具有开发成为除草剂和抗生素的潜力。

随后，研究团队通过基因敲除、同位素标记、体外酶活和异源重构等策略阐明了完整的真菌黄酮生物合成机制，与植物存在显著差异。亮白曲霉中查尔酮骨架由NRPS-PKS杂合酶以苯甲酸或对羟基苯甲酸为起始单元与4分子乙酰辅酶A缩合形成，而植物中是由III 型PKS催化对羟基肉桂酰辅酶A与3分子乙酰辅酶A形成。

进一步催化查尔酮生成黄酮的两个关键酶查耳酮异构酶（CHI）和黄酮合酶（FNS）在进化和催化机制方面也与植物中的明显不同，分属于不同家族。在真菌中CHI通过His33介导查耳酮发生Oxa-Michael加成反应，以6-endo-trig关环方式形成构型专一的黄烷酮，然后再由真菌FNS通过黄素单核苷酸（FMN）介导C2-C3位的脱氢转化为黄酮。这说明真菌黄酮合成途径的进化是独立的，而非是通过基因水平转移从植物中获得的。

该工作完整阐明了真菌中独特的黄酮生物合成途径，丰富了该类化合物的生物合成多样性，为黄酮合成生物技术开发与微生物高效制造提供了新思路，对其应用开发具有重要意义。

论文信息

Discovery of a Unique Flavonoid Biosynthesis Mechanism in Fungi by Genome Mining

Wei Zhang, Dr. Xuan Zhang, Dr. Dandan Feng, Dr. Yajing Liang, Dr. Zhenying Wu, Siyu Du, Yu Zhou, Dr. Ce Geng, Dr. Ping Men, Prof. Chunxiang Fu, Prof. Xuenian Huang, Prof. Xuefeng Lu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215529