PNAS：上海生科院破解关键生物途径

　　

生物通报道：来自中科院上海生命科学研究院，上海交通大学的研究人员发表了题为“Unveiling the biosynthetic puzzle of destruxins in Metarhizium species”的文章，通过比较基因组分析，破解了绿僵菌合成破坏素的生物途径，从而确定了破坏素合成的目标基因簇，相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章通讯作者是中科院上海生命科学研究院植生生态所王成树研究员，参与研究的还包括上海交通大学白林泉教授，研究获得了科技部和中科院知识创新工程支持。

由绿僵菌产生的、具有杀虫及医药活性的非核糖体环六脂肽类次级代谢产物——破坏素(destruxin)最早于1961年被发现，目前已经鉴定的结构类似物有6大类、39种。不同结构的破坏素不仅具有广谱的杀虫活性，同时，对于癌症、老年痴呆和肝炎等疾病模型表现出不同程度的医药活性，但其生物合成途径一直不清楚。

王成树研究员主要的研究领域包括昆虫病原真菌致病基因功能研究、真菌-昆虫相互作用的分子机制、丝状真菌菌种退化、衰老的分子机理和虫草菌发育生物学及活性成份代谢途径。

之前其研究组曾通过第一次测序、分析了寄主广谱的金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae, MAA） ARSEF23与蝗虫专化的蝗绿僵菌(M. acridum, MAC) CQMa 102菌株的基因组、高通量转录组的差异，推测绿僵菌由植物病原真菌进化而来。

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在这篇文章中，研究人员通过对金龟子绿僵菌（产生破坏素）和蝗绿僵菌（不产生破坏素）进行比较基因组分析，确定了破坏素合成的目标基因簇。结合系列基因缺失与底物饲喂实验，解析了参与破坏素合成与修饰基因的种类、作用与功能。

生物测定表明，破坏素能够抑制昆虫宿主的细胞免疫及体液免疫，从而辅助、促进绿僵菌的侵染杀虫过程。进化分析表明，绿僵菌不同种类中破坏素合成基因簇构成与真菌杀虫作用相关。研究成果对于开展破坏素合成生物学研究，以及利用破坏素进行害虫生物防治与生物医药研究具有重要意义。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Unveiling the biosynthetic puzzle of destruxins in Metarhizium species

Insect pathogenic fungi produce a plethora of insecticidally and pharmaceutically active compounds, including 39 cyclohexadepsipeptide destruxins (dtxs). Even though dtxs were first discovered more than 50 y ago, the genes responsible for their biosynthesis were unknown until this study. Based on our comparative genomic information and targeted gene disruptions, we report the gene cluster for dtx biosynthesis in the insect pathogen Metarhizium robertsii. The nonribosomal peptide synthetase DtxS1 has six adenylation domains, two of which are capable of selecting different amino acids to synthesize dtx B and its analogs. The cytochrome P450 enzyme DtxS2 converts dtx B into other dtxs by a chain of reactions, each producing a new derivative. The aldo-keto reductase DtxS3 and aspartic acid decarboxylase DtxS4 are responsible for the conversion and provision of the first and last substrates for the dtx assembly line, respectively. Insect bioassays showed that dtxs could suppress both cellular and humoral immune responses thereby assisting fungal propagation in insects. The differing abilities of Metarhizium species to produce toxins is dependent on the presence of the dtxS1 gene. The toxigenic species are capable of killing multiple orders of insects, whereas the nontoxigenic Metarhizium spp. have narrow host ranges. Thus, the acquisition or retention of the dtx biosynthesis gene cluster in Metarhizium lineages has been coordinated with the evolution of fungal host specificity. The data from this study will facilitate the development of dtxs as bioinsecticides or pharmaceuticals.

作者简介：

王成树
所系名称 植生生态研究所
研究方向 昆虫分子病理学；真菌分子生物学

研究工作
1. 昆虫病原真菌致病基因功能研究：主要以金龟子绿僵菌和球孢子白僵菌为对象，克隆、鉴定并分析虫生真菌在昆虫体表入侵及体内定殖阶段涉及附着胞形成、体壁穿透及抵抗昆虫宿主免疫相关的基因种类及功能；
2. 真菌-昆虫相互作用的分子机制：以激光微切割、高通量测序及基因芯片等技术研究虫生真菌与模式昆虫（家蚕或果蝇）相互作用时病原-宿主的基因表达特征，探索潜在的基因-基因作用模式；
3. 丝状真菌菌种退化、衰老的分子机理：结合以模式丝状真菌构巢曲霉为对象，从转录组、蛋白组及基因功能研究等水平分析虫生真菌角变化、产孢或虫草子实体产生能力下降或丧失的分子机理；
4. 虫草菌发育生物学及活性成份代谢途径：主要以蛹虫草为对象研究子实体发育的分子调控机理、虫草素等活性成份代谢合成途径等。

获奖情况
1998年度国家留学基金委资助。
2005年度安徽省科技一等奖。

个人简介
1989.9–1993.7 安徽农业大学植保系, 学士.
1993.9–1996.7 安徽农业大学林学系, 硕士.
1998.9–2001.7 中国农业大学微生物系, 博士
1999.8–2000.9 英国University of Wales Swansea访问学者.
2001.7-2003.12 英国University of Wales Swansea 博士后研究.
2004.1-2006.7 美国University of Maryland 博士后研究.
2006.9- 应聘为中国科学院植物生理生态研究所“****”课题组长，研究员