桑黄属真菌中保守的倍半萜合酶基因ancA调控脱落酸相关代谢物生物合成的发现与机制研究

本研究通过基因组挖掘和代谢组学分析，首次在桑黄属(Sanghuangporus)药用真菌中鉴定出保守的倍半萜合酶基因ancA及其生物合成基因簇(BGC)，揭示了该基因簇通过γ-离子型途径合成具有抗菌、抗氧化活性的脱落酸(ABA)相关倍半萜类化合物的分子机制。研究采用HR-ESI-MS和UPLC-MS/MS技术分离鉴定出7种化合物（含1个新结构SHA-1），结合AlphaFold3蛋白结构预测和Vina-GPU分子对接，阐明了ancA双功能结构域（TC环化域和PP焦磷酸酶域）的催化机理，为药用真菌活性成分的合成生物学开发提供新靶点。

　　

桑黄属(Sanghuangporus)作为东亚传统药用真菌，其治疗价值主要归因于丰富的生物活性倍半萜类化合物。然而长期以来，这些化合物的生物合成途径及关键酶基因仍属未知。最新研究通过多组学整合分析，首次揭开了这一"黑箱"的神秘面纱。

研究团队从四种桑黄属真菌（鲍姆桑黄S. baumii、桑黄S. sanghuang、瓦宁桑黄S. vaninii和韦格桑黄S. weigelae）中分离获得7个ABA相关倍半萜化合物，包括新发现的SHA-1（5S,6S-构型）。通过高分辨质谱(HR-ESI-MS)和核磁共振技术解析结构，并结合特征分子网络分析，发现这些化合物均属于γ-离子型代谢通路。

基因组挖掘取得突破性进展：在韦格桑黄基因组中鉴定出112kb的ancA生物合成基因簇(BGC)，包含41个功能基因。核心基因ancA编码的倍半萜合酶具有独特双功能结构：N端为类卤酸脱卤酶(HAD-like)的倍半萜环化酶结构域(TC)，C端为焦磷酸酶结构域(PP)。AlphaFold3结构预测显示，TC结构域通过两个天冬氨酸残基与FPP底物结合，而PP结构域则依赖Mg²⁺介导焦磷酸水解。

代谢通路重构揭示ancA先将法尼基焦磷酸(FPP)转化为关键中间体9（(R)-trans-γ-monocyclofarnesol），随后经氧化、环化等修饰生成系列活性化合物。分子对接证实ACEPAI_7436（细胞色素P450）和ACEPAI_7437（环氧酶）等基因产物与代谢物存在强结合力（ΔG<-7.5 kcal/mol），构成完整的酶催化网络。

比较基因组学显示ancA BGC在桑黄属内高度保守，但在其他多孔菌中逐渐分散。系统发育分析发现ancA在担子菌门广泛存在，甚至通过水平基因转移(HGT)出现在泥炭藓(Sphagnum)中，暗示其进化重要性。值得注意的是，该基因簇编码的化合物如phellinulin K(5)和γ-离子型乙酸(7)具有显著抗菌（对牙龈卟啉单胞菌MIC 5.9-155μg/mL）和肝保护活性。

研究同时揭示了当前桑黄研究的分类学混乱问题。基因组分析发现NCBI中标注为S. baumii的GCA_001481415实际为S. sanghuang，而标注S. sanghuang的GCA_009806525实为S. vaninii，这可能导致既往化合物归属错误。研究者建议建立标准菌株体系以规范后续研究。

该成果不仅首次阐明桑黄ABA相关倍半萜的生物合成机制，其发现的ancA基因簇更为合成生物学改造提供了理想靶点。通过调控这一通路，未来可实现活性成分的定向增产，为开发新型抗菌、抗炎药物奠定分子基础。研究采用的"基因组挖掘-代谢组验证-蛋白预测"策略，也为其他药用真菌活性成分研究提供了范式。