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科研进展 | 微生物代谢国家重点实验室邓子新团队在杀稻瘟菌素生物合成中关键蛋白BlsK催化机理方面取得新发现

主要完成人: 发表日期:2021-07-20 点击数:183

  近日,上海交通大学微生物代谢国家重点实验室邓子新团队在综合性权威杂志《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》发表了题为“A [3Fe-4S] cluster and tRNA-dependent aminoacyltransferase BlsK in the biosynthesis of Blasticidin S”的研究论文。文章报道了参与杀稻瘟菌素(Blasticidin SBS)生物合成和自抗性的关键蛋白BlsK的最新研究成果。博士毕业生王先坤为第一作者,蒋明副研究员和贺新义研究员为共同通讯作者。

 

BS是第一个大规模取代汞制剂防治水稻稻瘟病的抗生素,目前商用产品仍应用于转基因筛选试剂。前期研究表明,在BS生物合成过程中,除终产物外还有三种与其核心结构相似的代谢物,即去甲基杀稻瘟菌素demethylblasticidin S (DBS)、亮氨酰去甲基杀稻瘟菌素leucyldemethylblasticidin S (LDBS)和亮氨酰杀稻瘟菌素leucylblasticidin S (LBS),三者的转化关系中包含一个隐藏的亮氨酰化过程,即DBS精氨酸侧链被亮氨酰化后生成LDBS,随之被甲基转移酶BlsL识别并催化生成LBSLBS在外排过程中伴随亮氨酸水解后生成成熟的杀稻瘟菌素BS。而上述过程中亮氨酰化的发生机理至今未被阐明。

本研究发现,BlsK以一种新的方式催化了这一过程,它能够从初级代谢中高效“劫持”活化的亮氨酸产物Leucyl-tRNA,并将亮氨酰基团转移到DBS精氨酸侧链的β-氨基上,从而使DBS亮氨酰化生成LDBSBlsK在序列和结构上与已进行功能表征的蛋白均没有相似性,它包含了一个[3Fe-4S]簇,该铁硫簇对维持蛋白结构和反应活性至关重要。该发现不仅使BS的生物合成途径更加清晰,同时扩展了我们对氨酰tRNA转移酶家族和铁硫蛋白家族的认知。

蒋明副研究员和贺新义研究员长期从事杀稻瘟菌素等天然产物的生物合成研究,并在Appl Environ MicrobiolFront Microbiol等期刊发表了一系列研究论文。上述成果是该团队在实现BS的异源表达、鉴定水解亮氨酰基团的水解酶PePN和甲基转移酶BlsL等研究后的又一重要进展。该研究工作获得了国家重点研发计划(2018YFA0901900)和国家自然科学基金(318712503167003431870026)的资助。