陳錫瑋，許蒙，馮程，胡昌華

西南大學(xué) 藥學(xué)院 現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究所，重慶 400716

天然產(chǎn)物是自然界 (真菌、細(xì)菌、植物以及動物等) 中分離得到的化合物，其在藥物開發(fā)及發(fā)展中起著重要作用[1]。真菌天然產(chǎn)物是生物活性藥物的主要來源之一，如天然抗生素青霉素(Penicillin)、抗真菌藥灰黃霉素 (Griseofulvin)、降血脂藥洛伐他丁 (Lovastatin)。真菌天然產(chǎn)物根據(jù)生物合成來源主要分為 4類，即聚酮類(Polyketides，PKs)、非核糖體多肽類(Non-ribosomal peptides，NRPs)、萜類(Terpenoids)和生物堿類(Alkaloids)。根據(jù)每個延伸單元還原程度的不同，真菌聚酮合酶分為非還原 (NR)、部分還原 (PR)和高度還原 (HR) PKSs[2]。此外，由于生物合成基因簇 (Gene cluster) 包含多個催化酶，故聚酮化合物有時由雜合型HR-NR PKSs和PKS-NRPSs催化而成。NR-PKSs催化合成芳環(huán)產(chǎn)物如黃曲霉毒素 (Aflatoxins)，其是由真菌黃曲霉Aspergillus flavus和寄生曲霉Aspergillus parasiticus產(chǎn)生的二聚香豆素衍生物 (AFB1、AEB2、AFG1、AFG2)，具有高度的肝毒性、肝致癌性、致畸性和誘變性[3]。Aflatoxins的生物合成基因簇大小約為70 kb，包括20個開放閱讀框(ORF)，其生物合成至少需要18個酶參與催化作用[4]。PR-PKSs催化聚-β-酮酯酰鏈的酮基團(tuán)特異性還原如 6-甲基水楊酸，HR-PKSs催化合成高度還原的聚酮化合物如Neosartoricin B (1)[5]。不同類型和數(shù)量的亞基縮合和進(jìn)一步修飾形成了具有廣泛生物活性的真菌聚酮化合物 (圖1)，如Aurovertin E (2) 能有效地抑制三磷酸合酶的活性[6]，Chaetoglobosin A (3)有哺乳動物肌動蛋白抑制活性[7]，Brefeldin A (4)具有抗真菌、抗細(xì)菌和抗腫瘤活性[8]。真菌聚酮化合物除了廣泛生物活性，它們的結(jié)構(gòu)多樣性也是重要的特征，如Cercosporin (5) 含2分子萘并吡喃酮的去甲基-決明內(nèi)酯和二氧雜環(huán)庚烷結(jié)構(gòu)[9]，Herqueinone (6)含有“非線性”環(huán)化成的三環(huán)結(jié)構(gòu)[10]，Kotanin (7)和 M-desertorin C (8) 含有苯氧基自由偶聯(lián)形成的二芳基結(jié)構(gòu)[11]。這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和廣泛的生物活性吸引了科研工作者對其生物合成途徑及生物合成中所涉及的生物酶催化機(jī)制研究的興趣?；诖?，本文綜述了最近幾年通過闡明生物合成基因或酶所報道的真菌聚酮化合物的生物合成及其機(jī)制。

1 來源于NR-PKSs的聚酮化合物的生物合成

真菌非還原聚酮合酶 NR-PKSs負(fù)責(zé)催化合成芳環(huán)化合物，如Geodin (9)、Shanorellin (10)、Oosporein (11)。Cercosporin (5) 是從植物致病菌尾孢屬類煙草尾孢菌Cercospora nicotianae中分離得到的聚酮毒素。Chung課題組首次在C.nicotianae中鑒定了5的生物合成基因簇，并通過潮霉素(Hyg)分裂標(biāo)簽同源重組技術(shù)的單基因敲除(CTB1-8)和反向生物合成分析，提出了 5可能的生物合成途徑[12-15]。此外，CTB1是一個具有新型真菌硫酯酶功能的聚酮合酶，負(fù)責(zé)催化合成5的母核結(jié)構(gòu)(21)[9]。隨后，Newman等通過對敲除菌株代謝物的分析提出了5新的生物合成途徑(圖2A)[16]。CTB1催化1分子乙酰輔酶A和6分子丙二酰輔酶A形成 nor-toralactone (21)，雙功能酶 CTB3先催化 21甲基化形成 toralactone(22)，接著氧化開環(huán)形成代謝物 23。O-甲基轉(zhuǎn)移酶 (CTB2) 催化中間產(chǎn)物23的C6位羥基甲基化形成化合物24，其C7位2-氧代丙酮被CTB6還原為naphthalene (25)。CTB5負(fù)責(zé)25和CTB7構(gòu)建的二氧雜環(huán)庚烷部分的同二聚化形成5。

Herqueinone (6) 的中心結(jié)構(gòu) phenalenone (27)由NR-PKS催化7個乙酸單元而成，其中苯環(huán)與萘環(huán)稠合[17]。Gao等在梅花狀青霉Penicillium herqueiNRRL 1040基因組中鑒定了負(fù)責(zé)6生物合成的Phn基因簇，包括7個ORF，并利用同源重組技術(shù)進(jìn)行基因敲除分析了PhnA和PhnB的功能，從而提出了27的生物合成路徑 (圖2B)[10]。NR-PKS (PhnA) 催化合成庚烯酮骨架并環(huán)化為Naphthalene pyrone (26)，PhnA中新穎的PT結(jié)構(gòu)域催化 C4-C9羥醛縮合。FAD依賴的單氧化酶(PhnB)催化 26羥基化形成 27。雖然闡明了生物合成27的機(jī)制，但6完整的生物合成途徑并未報道。基因簇中剩下的催化酶可能參與終產(chǎn)物6的生物合成，包括O-MT (PhnC) 催化C2位羥基甲基化，PrT (PhnF) 催化C5位二甲基烯丙基化，其也可能催化C7-O異戊烯化或C6位Friedel-Craft烷基化，F(xiàn)MO (PhnG) 進(jìn)一步催化C6羥基化，但具體參與的催化作用還需要通過基因敲除和體外酶生化證明。

圖1 近年來發(fā)現(xiàn)的真菌聚酮化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of fungal polyketide discovered in recent years.

來源于土曲霉Aspergillus terreus的Geodin (9)的生物合成基因簇包括13個開放閱讀框。Nielsen等在構(gòu)巢曲霉Aspergillus nidulans中異源表達(dá)了基因簇中 9個基因，從而得到化合物 9，并闡明了 3個酶 NR-PKS (GedC)、TF (GedR)、鹵化酶(GedL) 的功能 (圖 2C)[18]。GedC 催化丙二酰輔酶A合成Atrochrysone thioester (28)，在GedB作用下轉(zhuǎn)化為 Atrochrysone carboxylic acid (29)，GedL將 Sulochrin (36) 轉(zhuǎn)化為 Dihydrogeodin(37)，GedJ使其鹵化為 9。雖然作者提出了 9的可能的生物合成途徑，但是其中 O-甲基轉(zhuǎn)移酶(GedADG)、氧化酶 (GedHK) 所參與的具體催化步驟未見報道。

Chooi等在皮膚癬菌基因組中發(fā)現(xiàn)了 1個與煙曲霉Aspergillus fumigatus[19]和費希新薩托菌Neosartorya fischeri[20]中催化合成免疫抑制劑聚酮化合物Neosartoricin基因簇同源的基因簇，該簇包含4個生物酶：聚酮合酶 (NR-PKS)、β-內(nèi)酰胺硫酯酶 (TE)、黃素依賴的單氧化酶 (FMO)、多環(huán)異戊烯基轉(zhuǎn)移酶 (pcPT)[5]。隨后這個高度保守的核心PKS區(qū)域 (NR-PKS、TE、FMO、pcPT)導(dǎo)入A.nidulans中獲得了一個具有免疫抑制劑活性的三環(huán)聚酮類化合物 Neosartoricin B (1)[5]。Neosartoricin B可能是致病真菌中沉默次級代謝產(chǎn)物的代表物質(zhì)，其生物合成可能與neosartoricin一致，但目前詳細(xì)的生物合成未通過試驗證明。

基因簇內(nèi)或附近的轉(zhuǎn)錄因子可以控制各自次級代謝產(chǎn)物的生物合成，但這類基因通常表達(dá)水平較低，無法檢測到相應(yīng)的天然產(chǎn)物。過表達(dá)球毛殼菌Chaetomium globosum中可能的聚酮生物合成基因簇中一個轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CgsG，激活了一個沉默基因簇并獲得了天然產(chǎn)物Shanorellin (10)及其前體[21]。Sato等利用同源重組技術(shù)進(jìn)行了基因CgsABCEF的敲除和體外生物化學(xué)分析，首次確定了10的生物合成基因簇和途徑 (圖2D)[22]。細(xì)胞色素P450 (CgsB) 負(fù)責(zé)催化NR-PKS (CgsA)催化合成的芳族產(chǎn)物(38)的C5位甲基羥基化，隨后單加氧酶 (CgsF) 催化中間體 (39) 脫羧形成終產(chǎn)物10。

Oosporein (11) 具有廣泛的生物活性，如殺蟲活性、抗革蘭氏陽性菌活性、抗病毒活性。Oosporein存在于昆蟲致病菌球孢白僵菌Beauveria bassiana、布氏白僵菌Beauveria brongniartii、內(nèi)生真菌草野旋孢腔菌Cochliobolus kusanoi中[23-25]。Feng等首次報道了 11在B.bassiana的生物合成基因簇，并且分析了基因(OpS1-7) 的催化功能，從而提出了 11的生物合成途徑 (圖2E)[26]。NR-PKS (OpS1) 催化形成4,6-二羥-2-甲基苯甲酸 (40)，其被羥基化酶 (OpS4)催化形成苯三酚 (41)，41經(jīng)雙氧化酶 (OpS7) 催化為苯并四氫呋喃 (42)，隨后過氧化氫酶 (OpS5)催化42二聚化形成卵孢菌素11。

2 來源于HR-PKSs的聚酮化合物的生物合成

真菌高度還原聚酮合酶(HR-PKSs)是一個多結(jié)構(gòu)域酶，其催化合成結(jié)構(gòu)多樣的化合物，如Aurovertin E (2)、Dichlorodiaporthin (12)、Rubratoxin A (13)。在鏈的延伸循環(huán)中結(jié)構(gòu)域的排序不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)物的α-和β-位具有高度的靈活性，并且HR-PKSs的C-端沒有硫酯酶(TE)，而是依賴于游離的 TE或?；D(zhuǎn)移酶釋放產(chǎn)物。天然產(chǎn)物中Aurovertins家族化合物能有效地抑制腺苷三磷酸合酶活性，其結(jié)構(gòu)中含有 2,6-二氧雜[3.2.1]辛烷。Aurovertin E是家族中其他衍生物的生物合成的前體物質(zhì)，其來源于齒梗孢霉Calcarisporium arbuscula中聚酮途徑[6]。Yu等在C.arbuscula確定了 2的生物合成基因簇，并應(yīng)用重疊 PCR技術(shù)[27]和潮霉素分裂標(biāo)簽同源重組技術(shù)[28]分別對AurA和AurBC進(jìn)行敲除，根據(jù)突變株積累的中間體結(jié)構(gòu)提出了2完整的生物合成途徑 (圖3A)[29]。Aurovertin E生物合成只需4個催化酶作用，首先HR-PKS (AurA) 產(chǎn)生聚烯α-吡喃酮 (43)，然后甲基轉(zhuǎn)移酶 (AurB) 催化吡喃酮氧甲基化形成45，黃素單氧化酶 (AurC) 和環(huán)氧水解酶 (AurD) 共同將前體的三烯末端轉(zhuǎn)化為二氧雜辛烷，從而形成終產(chǎn)物。Citreoviridin和Asteltoxin的生物合成從多烯吡喃酮前體合成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能涉及相同的催化酶。

圖2 來源于NR-PKSs的聚酮化合物的生物合成途徑Fig.2 Proposed biosynthetic pathway of polyketide from NR-PKSs.

蛋白轉(zhuǎn)運抑制劑Brefeldin A (4) 的生物合成基因簇來源于布雷正青霉Eupenicillium brefeldianumATCC 58665，Zabala等證明了該HR-PKS (Bref-PKS)催化合成產(chǎn)物的還原需要 NADPH，同時由硫酯水解酶 (Bref-TH) 控制延伸碳鏈的長度，并提出了 4可能的生物合成途徑 (圖3B)[30]。途徑中，HR-PKS催化合成八肽前體 (50)，其經(jīng)過硫代水解酶釋放產(chǎn)物 51，然后經(jīng) P450介導(dǎo)的環(huán)戊烷化形成7-脫氧BFA (52)；另外，第一個成環(huán)也可以發(fā)生在硫酯酶釋放和內(nèi)酯化之前的 ACP連接中間體，P450催化八肽前體形成53，隨后在Bref-TH作用下轉(zhuǎn)化為 54。雖然提出了 P450可能參與的催化步驟，但至今除Bref-PKS和Bref-TH外其他基因包括4個P450所參與的催化作用未被闡明，故Brefeldin A的完整生物途徑并未通過實驗得以驗證。

天然產(chǎn)物中二芳基化合物普遍存在于自然界中，其通過苯氧基自由偶聯(lián)形成。P-kotanin (7)的生物合成基因簇來源于黑曲霉Aspergillus niger，其中HR-PKS (KtnS) 催化1分子乙酰輔酶A和4分子丙二酰輔酶A形成 (55)，O-甲基轉(zhuǎn)移酶 (KtnB) 將55轉(zhuǎn)化為7-demethylsiderin (56)[31-32]。Mazzaferro等通過在釀酒酵母Saccharomyces cerevisiaeMH272-3fα的異源表達(dá)試驗確認(rèn)了來源于Aspergillus nigerFGSC A1180和沙生裸胞殼Emericella desertorum的細(xì)胞色素P450 (KtnC和DesC) 的催化作用 (圖3C)[11]。KtnC催化2分子的56偶聯(lián)形成P-kotanin的前體物質(zhì)8,8′-二聚體P-orlandin (57)，其進(jìn)一步O-甲基化形成P-kotanin(7)。DesC催化2分子的56偶聯(lián)形成M-desertorin A (58)。雖通過同源基因功能預(yù)測了M-desertorin C基因簇中DesS和DesB分別與KtnB和KtnS同源，可能催化相同的反應(yīng)，但是并未通過實驗證明，包括簇中其他基因，故其完整的生物合成途徑未見報道。

Diaporthin (59) 來源于米曲霉Aspergillus oryzae中 8號染色體上的沉默基因簇 (Aoi)，由PKS (AoiG) 和O-MT (AoiF) 共同催化合成[33]。Chankhamjon等在Aspergillus oryzae的5號染色體上發(fā)現(xiàn)了1個新功能催化酶AoiQ，該酶具有鹵化和O-甲基的雙功能催化作用，其參與所有氯化的 diaporthin衍生物的生物合成 (12)、(60)、(61)、(62) (圖3D)[34]。AoiQ是首個真菌脂肪族鹵化酶，能催化非活性脂肪族碳原子鹵化，也是首個能催化單個底物二鹵化的鹵化酶，從而可能促進(jìn)了隱藏的天然產(chǎn)物的挖掘。

Nonadride類真菌天然產(chǎn)物具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和顯著的生物活性，其代表化合物Rubratoxin A (13) 為強(qiáng)效蛋白磷酸酶-2抑制劑[35]。Williams等提出了13生物合成中間體 (64)類似物Byssochlamic acid的非核心結(jié)構(gòu)來源于二聚酸酐前體[36]。Rubratoxin A在達(dá)恩吉青霉Penicillium dangeardii中的生物合成基因簇Rbt由23個ORF組成，包括HR-PKS (RbtJ)、4個雙加氧酶 (RbtBEGU)、1個單加氧酶 (RbtA) 等。隨后，Bai等通過基因敲除 (RbtABGH) 和體外生化 (RbtABEGUH) 分析了基因的催化作用，由此提出了13的生物合成途徑 (圖3E)[37]。途徑中，RbtIJKL共同催化合成63，RbtMOR催化63非對稱二聚形成64，64在RbtABCEGU的作用下經(jīng)多步氧化形成真菌毒素Rubrotoxin B (65)，之后鐵還原酶(RbtH) 催化65還原為潛在抗腫瘤藥物13。

圖3 來源于HR-PKSs的聚酮化合物的生物合成途徑Fig.3 Proposed biosynthetic pathway of polyketide from HR-PKSs.

3 來源于HR-NR PKSs的聚酮化合物的生物合成

天然產(chǎn)物中含有部分還原結(jié)構(gòu)的芳香化合物，如 Asperfuranone (14)、 Chaetoviridin A (15)、Chaetomugilin A (16)，它們通常由上游HR-PKSs和下游NR-PKSs組合催化而成，其中HR-PKSs合成的還原型聚酮化合物經(jīng)起始單元?；d體蛋白(SAT) 結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)移至NR-PKSs作為起始單元做進(jìn)一步延伸和環(huán)化。Somoza等在A.nidulans中重構(gòu)Azaphilone中間體獲得了脂氧合酶抑制劑[38]。Chiang等通過改造A.nidulans構(gòu)建了新的異源表達(dá)系統(tǒng)，并應(yīng)用該系統(tǒng)闡明了Aspergillus terreus中化合物14的整個生物合成 (圖4A)[39]。在14的合成路徑中，NR-PKS (AteafoE)、HR-PKS (AteafoG)、脂肪酶 (AteafoC) 催化合成66，單氧化酶 (AteafoD)使其羥基化形成intermediate A (67)，F(xiàn)AD-依賴的氧化酶 (AteafoF) 使其C8位羥基化形成68，經(jīng)過重排脫水轉(zhuǎn)化為70，其自身還原為終產(chǎn)物。

Chaetoviridin A (15) 和Chaetomugilin A (16)的生物合成基因簇Caz來源于球毛殼菌Chaetomium globosum[40]。Winter等應(yīng)用融合 PCR技術(shù)[41]快速構(gòu)建基因CazEFM同源重組敲除片段，敲除結(jié)果顯示 HR-PKS (CazF) 合成(4S，5R)- 5-羥基-4-甲基-3-氧代己?；?(73)，?；D(zhuǎn)移酶 (CazE)將 72轉(zhuǎn)移至 Cazisochromene (73) 產(chǎn)生Chaetoviridin A (15)[40]。72可能來源于NR-PKS(CazM) 和 CazF共同作用催化形成的化合物Cazaldehyde A (71)。Winter等闡明了15和16生物合成途徑中 CazF和 CazM分子間的相互作用(圖 4B)[42]。CazF催化形成線性聚酮鏈，經(jīng) SAT結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)移至CazM進(jìn)行延伸和醛醇環(huán)化，R結(jié)構(gòu)域還原釋放產(chǎn)物71。

十二環(huán)的二羥基苯甲酸內(nèi)酯Lasiodiplodin (17)來源于可可毛色二孢Lasiodiplodia theobromae，此后在總狀共頭霉Syncephalastrum racemosum也分離得到了該化合物[43]。Lasiodiplodins生物合成來源于聚酮和中間產(chǎn)物9-羥基-癸酸[44]。Xu等分別在Lasiodiplodia theobromae和枝頂孢屬菌Acremonium zeae中確認(rèn)了17和Resorcylide (18)的生物合成基因簇，并在S.cerevisiaeBJ5464-NpgA中異源重構(gòu)了 17和 18的生物合成 (圖 4C)[45]。HR-PKS (LtLasS1) 和 NR-PKS (LtLasS2) 共同催化合成Desmethyl-lasiodiplodin-3 (74)，然后O-甲基轉(zhuǎn)移酶 (LtLasM) 催化轉(zhuǎn)移為終產(chǎn)物；HR-PKS(AzResS1) 和NR-PKS (AzResS2) 共同催化合成18，不需要其他酶的修飾作用。

4 來源于PKS-NRPSs的聚酮化合物的生物合成

真菌聚酮合酶-非核糖體肽合成酶(PKS-NRPSs)是一個約450 kDa的多功能域酶，能催化合成復(fù)雜的天然產(chǎn)物[46]。真菌 PKS催化合成的聚酮中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至NRPS上與氨基酸進(jìn)一步反應(yīng)，從而合成氨基化合物。近年來，相繼報道了真菌PKS-NRPS型產(chǎn)物的生物合成，如Pseurotin A、Azaspirene (19)、Chaetoglobosin A (4)、Myceliothermophins A (20)。Pseurotin A是Aspergillus fumigatus產(chǎn)生的一個免疫抑制劑，其生物合成途徑中關(guān)鍵中間體 Azaspirene來源于 PKS-NRPS (PsoA) 和甲基轉(zhuǎn)移酶 (PsoF)催化形成的中間體 75[47-49]。Zou等通過在S.cerevisiaeBJ5464-NpgA共表達(dá)psoA、psoF、水解酶基因psoB以及膜依賴氧化酶基因psoG，重構(gòu)了 Azaspirene的生物合成 (圖 5A)[50]。在途徑中75脫水形成76，PsoF的單氧化酶功能將其轉(zhuǎn)化為77，然后經(jīng)過重排形成78，PsoG催化78轉(zhuǎn)化為終產(chǎn)物19。雖然研究表明在PKS-NRPS模塊中，PKS催化合成聚酮鏈的 α-甲基化是其轉(zhuǎn)移至NRPS上進(jìn)行下游修飾的先決條件和關(guān)鍵點，然而，甲基化步驟是否普遍作為生物化學(xué)的節(jié)點或甲基基團(tuán)在天然產(chǎn)物中所起的作用仍然不清楚。

圖4 來源于HR-NR PKSs的聚酮化合物的生物合成途徑Fig.4 Proposed biosynthetic pathway of polyketide from HR-NR PKSs.

哺乳動物肌動蛋白抑制劑 Chaetoglobosin A (3)的生物合成基因簇Che來源于擴(kuò)展青霉Penicillium expansum。應(yīng)用RNA沉默技術(shù)鑒定了PKS-NRPS (CheA) 和游離的烯酰還原酶ER (CheB)共同作用催化合成3的母核結(jié)構(gòu)prochaetoglobosin I(79)[7]。Ishiuchi等通過同源重組的基因敲除和S.cerevisiaeBY4741中異源表達(dá)闡明了79到3的詳細(xì)生物合成途徑 (圖 5B)[51]。PKS-NRPS和烯酰還原酶 (ER) 共同催化合成 prochaetoglobosin I，P450氧化酶 (CHGG_01242-1) 負(fù)責(zé)催化 79、cytoglobosin D (82) 和 chaetoglobosin J (83) 的立體特異性氧化，F(xiàn)AD/FMN-單氧化酶 (CHGG_01242-2) 分別催化20-dihydro-chaetoglobosin A (81)的 C-20氨基酸基團(tuán)脫氫和 82轉(zhuǎn)化為 83，P450雙加氧酶 (CHGG_01242-3) 分別催化79和80的C-19和C-20位的立體特異性雙羥基化。

圖5 來源于PKS-NRPSs的聚酮化合物的生物合成途徑Fig.5 Proposed biosynthetic pathway of polyketide from PKS-NRPSs.

在真菌天然產(chǎn)物生物合成途徑中普遍存在Diels-Alder環(huán)加成反應(yīng)，特別是聚酮-非核糖體肽天然產(chǎn)物[52]。在嗜熱毀絲菌Myceliophthora thermophile中分離得到 Myceliothermophins，包括myceliothermophin E和A (20)[53]。在M.thermophileATCC 42462中發(fā)現(xiàn)了Myceliothermophins的生物合成基因簇Myc，包括 PKS-NRPS編碼基因(MycA)、DAase編碼基因 (MycB) 和反式烯酰還原酶 ER編碼基因 (MycC)，MycAC催化合成含 4-吡咯啉-2-酮的無環(huán)聚烯烴化合物 84[54]。在A.nidulans中異源表達(dá)MycABC，未檢測到化合物myceliothermophin E，表明C21位的羥基化作用可能被M.thermophila中其他途徑的酶催化[55]。Li等通過同源重組技術(shù)進(jìn)行基因(MycABC) 的敲除，結(jié)果表明細(xì)胞毒素 20的生物合成途徑涉及3個催化酶，其中Diels-Alder加成酶 (MycB) 催化非環(huán)底物形成反式-十氫化萘 (圖5C)[56]。MycB分別催化88的C18位酮的Diels-Alder反應(yīng)形成終產(chǎn)物20和底物85轉(zhuǎn)化為86，MycA負(fù)責(zé)產(chǎn)生和釋放氨?；弁衔?aldehyde (84)，Knoevenagel縮合形成ketone (85)，87和89在空氣中自發(fā)氧化分別形成88和20。

5 展望

真菌聚酮化合物是臨床藥用天然產(chǎn)物的主要來源之一，其生物合成基因簇中聚酮合酶能催化簡單模塊合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜及多樣化的化合物，從而具有重要的生物活性。真菌聚酮化合物生物合成不但涉及普通的生物酶如O-甲基轉(zhuǎn)移酶 (AurB、KtnB、PhnC等)、FAD依賴的氧化酶 (PhnB、CgsF、GedK 等)、P450氧化酶(CgsB、KtnC、CHGG_01242-1等)，而且有的還涉及特殊催化功能的酶如 Diels-Alder環(huán)加成酶 (MycB)、雙功能酶 (AoiQ) 和異戊烯基轉(zhuǎn)移酶 (PhnF)。因此，真菌聚酮化合物生物合成的研究不僅揭示了應(yīng)用簡單的起始單元產(chǎn)生復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)制，而且將挖掘出一些具有新穎獨特催化作用的生物酶，從而促進(jìn)聚酮生物活性類似物的發(fā)展。目前，部分聚酮化合物由于其生產(chǎn)菌株的致病性，從根本上限制了通過原始生產(chǎn)菌株發(fā)酵生產(chǎn)化合物的規(guī)模，那么揭示聚酮化合物的生物合成基因簇或生物合成途徑有望使其在無致病性模式生物(S.cerevisiae[57]、A.nidulans[58]、A.oryzae[59])中實現(xiàn)異源生產(chǎn)。隨著新的真菌基因組序列的豐富，應(yīng)用一系列生物信息學(xué)工具[60-62]在基因組中搜索將會挖掘出更多的真菌聚酮化合物生物合成基因簇，分析這些基因功能將挖掘出新穎的聚酮化合物。真菌聚酮化合物的生物合成研究通常先通過生物信息學(xué)分析初步確認(rèn)負(fù)責(zé)特定催化反應(yīng)的基因，從而提出可能的生物合成途徑，隨后通過遺傳操作如靶向基因敲除，異源表達(dá)和酶生化反應(yīng)闡明相關(guān)基因的詳細(xì)催化機(jī)制。隨著大量生物酶催化作用的揭示，將豐富合成生物學(xué)酶的選擇性，從而組合不同來源的聚酮合酶如植物、細(xì)菌、真菌構(gòu)建人工代謝途徑，從而提供非天然的聚酮化合物。未來，真菌聚酮化合物很可能仍然是新型藥物制劑和農(nóng)業(yè)化學(xué)品的主要來源，其主要通過真菌本身或合成生物學(xué)產(chǎn)生。

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