激活真菌中潛在的“沉默”基因簇獲得新穎結構化合物

　　天然產物是新藥開發的重要來源之一，近年來從真菌中發現的新穎天然產物越來越困難，其主要原因是由于傳統的提取分離方法導致的重復發現已知化合物，因此，亟需開發出一種新的方法或策略來挖掘新結構天然產物。

　　近年來基因組測序技術的迅速發展及分子遺傳學操作技術的成熟為發掘新的真菌天然產物創造了條件。通過對真菌基因組進行生物信息學分析發現，超過90%次級代謝生物合成的基因簇在常規培養條件下是“沉默”的，表明基因組中隱藏著大量的結構新穎的化合物寶藏。因此，基于海量的真菌基因組數據，如何挖掘發現真菌中新的活性天然產物便成為近年來國內外研究的重點和熱點。

　　中國科學院微生物研究所真菌學國家重點實驗室尹文兵研究組致力于從基因（組）出發挖掘、激活真菌中潛在的“沉默”基因簇，獲得了傳統手段難以發現的新穎結構化合物。

　　前期研究發現，真菌次級代謝產物的產生與特定環境因素密切相關，受到復雜的基因調控，發生在多個水平。其中負責真菌次級代謝調控的蛋白，統稱為“調控因子”。通過分子遺傳操縱調控因子來激活真菌沉默基因簇是課題組研究方向之一。近年來，研究組已成功將該技術應用到多株真菌的沉默基因簇激活，并獲得新穎化合物近50個。例如：

　　——通過敲除植物內生菌無花果擬盤多毛孢（Pestalotiopsis fici）中表觀遺傳因子CclA、HdaA激活了一系列聚酮類化合物，發現新化合物15個（Organic Letters, 18, 1832-1835），基因敲除其COP9信號復合體亞基CsnE，鑒定7個新化合物，包括1個新骨架（Organic Letters, 19, 4700-4703）。

　　——基因組范圍敲除從羅伯茨綠僵菌（Metarhizium robertsii）中鑒定一個新的組蛋白乙酰轉移酶Hat1，獲得新化合物11個（Organic Letters, 19, 1686-1689）。

　　——構巢曲霉（Aspergillus nidulans）作為模式真菌，其化學研究較為透徹，從中再發現新化合物越來越困難，而通過敲除該菌的全局調控因子LaeB，又挖掘到4個新化合物，其中二苯并[1,4]二噁英類結構是首次在構巢曲霉發現的化合物類型（Organic & Biomolecular Chemistry, 2018, 16, 4973-4976）。

　　研究組博士呂海寧為文章的第一作者，研究員尹文兵為通訊作者；以上工作得到真菌學國家重點實驗室研究員劉宏偉及威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）教授NancyP. Keller的大力支持。上述研究工作得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委和中科院“百人計劃”的資助。

　　上述研究成果受到國際同行的高度評價，研究組受邀為天然產物領域國際期刊Natural Product Reports 撰寫熱點綜述“Harnessing diverse transcriptional regulators for natural product discovery in fungi”。該綜述介紹了調控因子在真菌次級代謝調控中的作用，系統總結了近年來如何利用調控因子策略包括全局性調控、基因簇特異調控和表觀遺傳調控等發現新穎結構天然產物。

圖：真菌調控因子激活“沉默”基因簇研究策略