科研人員解析真菌棒麴黴素生物合成的分子途徑及調控機制

由真菌產生的聚酮類次生代謝產物——棒麴黴素（Patulin）是造成果實及其加工產品污染的重要真菌毒素，對人和動物都具有毒性，給消費者的身體健康帶來巨大威脅。因此，解析真菌中棒麴黴素生物合成的分子基礎，並闡明其合成途徑及調控機制，對創製果實采後棒麴黴素防控技術至關重要。

中國科學院植物研究所田世平研究組長期從事果實采後病理學研究。研究團隊前期從擴展青黴（Penicillium expansum）中鑒定到一個含有15個基因的棒麴黴素合成基因簇，證明了該簇中基因對棒麴黴素合成的調控作用，揭示了棒麴黴素生物合成的分子基礎，並發現響應環境pH信號的轉錄因子PePacC能通過調控該基因簇中基因表達控制棒麴黴素合成。近期，研究團隊在此基礎上，利用基因敲除、突變株底物飼餵、蛋白異源表達和體外催化等方法，明確了棒麴黴素生物合成途徑中8步反應的催化酶及其編碼基因。研究人員基於分子遺傳學和生物化學證據，明確了棒麴黴素生物合成途徑中第4步反應的產物為龍膽醛，而不是間羥基苯甲醛，解決了長期以來在此步反應上僅基於化學產物推斷形成的爭議。同時，研究人員還通過對棒麴黴素合成基因簇編碼的全部15個蛋白及相關調控因子PeLaeA、PeVeA和PeVelB的亞細胞定位，初步確定了合成途徑中各催化酶、轉運蛋白和調控蛋白的亞細胞分布，勾勒出了棒麴黴素在擴展青黴胞內生物合成及轉運路徑的分子網路。

該研究不僅為深入認知真菌中棒麴黴素生物合成的分子基礎、轉運路徑和調控網路提供了分子證據，還為研發精準高效的控制技術提供了新思路。研究成果對實現從源頭上控制棒麴黴素污染，確保果實及其加工產品的品質安全具有重要意義。

該研究於3月13日正式發表於國際學術期刊Environmental microbiology。田世平研究組研究員李博強，以及博士研究生陳勇、已畢業博士生宗元元為論文共同第一作者，田世平為論文通訊作者。美國芝加哥大學教授龍漫遠對研究工作給予了指導。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會資助。

棒麴黴素的生物合成途徑和調控機制。A、棒麴黴素合成基因簇編碼蛋白的亞細胞定位；B、突變株底物飼餵解析棒麴黴素生物合成途徑；C、P. expansum中棒麴黴素的生物合成、轉運和調控模式圖。

來源：中國科學院植物研究所

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