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萜類化合物是天然產物中數量最龐大的家族，具有重要的生物學功能和藥用價值；萜類環化酶（terpene cyclases, TCs）催化精細復雜的環化反應，生成多樣化的萜類骨架，是萜類化學結構多樣性的基礎。中國科學院昆明植物研究所植物化學與天然藥物全國重點實驗室黎勝紅研究團隊長期致力于新穎萜類化合物的發現、生物/化學合成及生物功能研究。團隊前期發現藥用植物火把花（Colquhounia coccinea?var.?mollis）腺毛富含一類具有防御功能和抗炎免疫等活性的新穎骨架二倍半萜（命名為火把花烷）（Org. Lett.?2013,?15: 1694），并從其內生真菌深綠木霉菌（Trichoderma atroviride?B7）中分離鑒定了系列抗菌活性哈茨木霉烷和木霉素二萜化合物（Phytochemistry?2020,?170: 112198）。近日，團隊成功從木霉屬真菌中挖掘并鑒定了一類新穎的非典型萜類環化酶，解析了木霉屬特征二萜的生物合成及生物學功能。 研究團隊通過酶活性導向蛋白分離，結合比較轉錄組分析，從木霉屬中挖掘到一類新型萜類環化酶TriDTCs，通過異源表達、基因敲除和體外酶活實驗鑒定了其功能。發現TriDTCs催化二萜直鏈前體GGPP環化生成哈茨木霉烷骨架化合物harzianol I和木霉素骨架化合物wickerol A。TriDTCs代表了一類全新的TCs，不包含可識別的酶功能域和經典TCs的保守序列。在催化機制研究中，發現TriDTCs可能利用獨特的天冬氨酸三聯體DxxDxxxD啟動環化反應，利用關鍵纈氨酸殘基調控產物特異性，并通過“門控”殘基維持酶活性。系統進化分析表明，TriDTCs僅分布于三個真菌屬中，且在木霉屬內具有高度功能特異性，暗示其起源于木霉屬且具備獨立進化歷程。生物功能研究顯示，TriDTCs通過催化產生harzianol I調控真菌抗性繁殖體（木霉屬厚垣孢子和米曲霉菌核）的形成，從而參與真菌生存策略。 該研究破解了木霉屬特征二萜生物合成之謎，發現了一類全新的萜類環化酶亞家族，拓展了萜類環化酶多樣性及生物學意義的認識，為哈茨木霉烷和木霉素二萜的合成生物學制造及深入研究與開發利用奠定了重要基礎。該研究還首次報道了天然產物調控真菌抗性繁殖體形成，為提高木霉菌生物防治效能提供了新策略。研究結果以Noncanonical terpene cyclases for the biosynthesis of diterpenoids regulating chlamydospore formation in plant-associated Trichoderma為題發表于國際著名期刊Nature communications（2025, 16: 7823），中國科學院昆明植物研究所博士后楊敏杰為論文的第一作者，中國科學院昆明植物研究所/成都中醫藥大學黎勝紅研究員和劉燕教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（82222072、22107103、U23A20510），中國科學院戰略性先導科技專項（XDB1230000），中國博士后科學基金（2021M703285），云南省自然科學基金（202401BC070016）以及云南省興滇英才支持計劃青年人才專項（XDYC-QNRC-2024-560）的支持。
圖1?TriDTCs催化哈茨木霉烷和木霉素二萜合成及調控真菌抗性孢子生成功能示意圖 |
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