【摘要】：真菌能夠產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜多樣的聚酮化合物,由巨大的、多結(jié)構(gòu)域的聚酮合酶合成。大部分真菌聚酮合酶屬于多結(jié)構(gòu)域單一模塊化的1型聚酮合酶,依據(jù)功能和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系可分為非還原型(NR-PKS),部分還原型(PR-PKS)和高度還原型(HR-PKS),其催化β酮的還原程度、結(jié)構(gòu)域組成以及代謝化合物類型不同。其中,非還原型聚酮合酶催化非還原聚β酮鏈發(fā)生環(huán)化反應(yīng),形成單環(huán)或多環(huán)的芳香聚酮化合物。最近研究表明,真菌非還原型聚酮合酶家族中特有的PT結(jié)構(gòu)域,控制聚酮化合物主鏈環(huán)化反應(yīng)的區(qū)域選擇性,并決定了產(chǎn)物的最終結(jié)構(gòu)。當(dāng)前,應(yīng)用組合生物合成方法研究聚酮化合物生合成途徑,通過操作聚酮合酶提高化合物產(chǎn)量或獲得新化合物及高活性化合物,是化學(xué)生物學(xué)研究的熱點。本實驗室前期分離出一株肉芝軟珊瑚來源的共附生真菌鏈格孢Alternaria alternata M311B,其代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣,大多為聚酮化合物,其中的蒽醌類、苯醌類化合物顯示很強(qiáng)的化學(xué)生態(tài)作用和藥理活性。本研究運(yùn)用分子生物學(xué)方法獲得M311B聚酮合酶序列,在運(yùn)用生物信息學(xué)方法系統(tǒng)分析真菌聚酮合酶序列、結(jié)構(gòu)與功能基礎(chǔ)上,預(yù)測M311B聚酮合酶結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)、功能位點以及序列與產(chǎn)物的關(guān)系,以期為M311B聚酮合酶的組合生物合成研究提供基礎(chǔ)資料。M311B聚酮合酶序列的獲得通過簡并引物的方法,克隆得到8條M311B聚酮合酶序列。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,將8條M311B聚酮合酶序列分類,其中M311B聚酮合酶PksA和PksI分類為真菌非還原型聚酮合酶,為首次在鏈格孢中分類得出非還原型聚酮合酶。推測M311B聚酮合酶PksA:和PksI與M311B苯醌類、蒽醌類化合物的合成相關(guān),M311B高度還原型聚酮合酶PksJ參與M311B分離的化合物中格鏈孢酚和4-甲氧基格鏈孢酚的生合成。真菌非還原型聚酮合酶PT結(jié)構(gòu)域序列、結(jié)構(gòu)與功能生物信息學(xué)系統(tǒng)分析由于M311B苯醌類、蒽醌類化合物的生合成應(yīng)與非還原型聚酮合酶相關(guān),而PT結(jié)構(gòu)域作為非還原型聚酮合酶的重要功能域,控制了聚酮化合物主鏈環(huán)化反應(yīng)的區(qū)域選擇性,決定了產(chǎn)物的最終結(jié)構(gòu),分析PT結(jié)構(gòu)域,將對從M311B聚酮合酶序列預(yù)測化合物結(jié)構(gòu)類型,以及通過生合成修飾改造聚酮化合物結(jié)構(gòu)都具有重要作用。從而,本研究基于大數(shù)據(jù)挖掘,對真菌非還原型聚酮合酶,尤其對其PT結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了序列、結(jié)構(gòu)、功能的系統(tǒng)分析。分析當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中所有的共計661條真菌非還原型聚酮合酶的PT結(jié)構(gòu)域,探討其序列、結(jié)構(gòu)、功能之間的聯(lián)系�；谙到y(tǒng)發(fā)育和結(jié)構(gòu)域組成分析,所有661條非還原型聚酮合酶可被分為主要的8種亞型(亞型Ⅰ-Ⅷ),其中亞型Ⅷ為首次發(fā)現(xiàn)。PT結(jié)構(gòu)域的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與非還原型聚酮合酶全長氨基酸序列基本一致,分別將亞型Ⅰ-Ⅷ的PT結(jié)構(gòu)域與環(huán)化方式(C2-C7, C4-C9, C6-C11)和合成的化合物相聯(lián)系。使用三種比較蛋白質(zhì)模建方法,分別模建各亞型PT結(jié)構(gòu)域的三維結(jié)構(gòu),并在原子水平對模建的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)優(yōu)化。質(zhì)量評估結(jié)果說明所有模建PT蛋白結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性都是可以接受的。分析顯示所有亞型催化腔中大部分的圍腔位點是一致的,是區(qū)域性的圍腔位點突變產(chǎn)生了不同朝向的指形區(qū)。在不同亞型中,催化腔形狀和體積、催化對位置等因素與環(huán)化區(qū)域選擇性和化合物大小相對應(yīng)。在PT結(jié)構(gòu)域序列中,由保守氨基酸殘基負(fù)責(zé)環(huán)化功能,而關(guān)鍵氨基酸殘基的進(jìn)化,改變了PT催化腔的大小和形狀,從而導(dǎo)致環(huán)化功能的分化。以上研究闡明了真菌聚酮合酶PT結(jié)構(gòu)域的序列、結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系,能夠更好的理解PT結(jié)構(gòu)域的環(huán)化機(jī)制,指導(dǎo)通過非還原型聚酮合酶序列預(yù)測化合物結(jié)構(gòu)類型,并幫助指導(dǎo)真菌聚酮合酶的組合生物合成操作,調(diào)控生合成途徑獲得目標(biāo)代謝產(chǎn)物。M311B聚酮合酶結(jié)構(gòu)域序列、結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,對獲得的M311B聚酮合酶進(jìn)行功能分析。識別8條聚酮合酶結(jié)構(gòu)域組成,其中非還原型聚酮合酶PksA和PksI中SAT和PT結(jié)構(gòu)域,為首次對鏈格孢聚酮合酶SAT和PT結(jié)構(gòu)域的研究報道。通過PT結(jié)構(gòu)域的研究,推測M311B非還原型聚酮合酶PksA很可能通過C2-C7環(huán)化方式,合成化合物1,3,6,8-四羥基萘。推測非還原型聚酮合酶PksI可能參與蒽醌類化合物的合成。經(jīng)過進(jìn)化保守性分析,給出M311B聚酮合酶各結(jié)構(gòu)域?qū)Φ鞍坠δ芎徒Y(jié)構(gòu)可能有重要影響的氨基酸殘基位點。本研究運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù),結(jié)合生物信息學(xué)方法,探討了海洋來源真菌鏈格孢M(jìn)311B聚酮合酶的序列、結(jié)構(gòu)與功能,為闡明M311B次級代謝產(chǎn)物的生合成途徑及其代謝調(diào)控提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R915

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本文編號：2452835