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南海海洋所吲哚倍半萜生物合成研究取得新进展

  研究人员从中国南海880米深的海洋沉积物中分离到的链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 02999的发酵液中,获得了吲哚倍半萜类化合物xiamycin A(XMA,1),以及4个新的结构类似物oxiamycin(OXM,2),dixiamycin A(DXM A,3)和dixiamycin B(DXM B,4),和chloroxiamycin(5)。OXM(2)含有一个罕见的七元氧环(2,3,4,5-四氢噁庚英环);DXM A(3)和B(4)则是从自然界中首次发现的N-N偶联的位阻异构二聚体,它们由两个吲哚倍半萜结构单体(XMA)通过两个sp3杂化的N原子之间的立体异构轴相连形成,其中二聚体的抗菌活性优于单体(Zhang et al,Eur. J. Org. Chem. 2012,doi: 10.1002/ejoc.201200599)。研究人员紧接着通过基因组扫描的方法确定了XMA/OXM的生物合成基因簇。该基因簇包含了18个可能与XMA/OXM生物合成相关的基因。研究人员通过基因敲除的方法对其中的13个基因进行了突变,其中敲除芳香环羟化酶xiaK基因获得的突变株发酵能积累化合物indosespene(6),以及少量的XMA(1),但大多数生物合成基因的突变株不再产生XMA/OXM或者其代谢中间体。通过体内喂养实验,研究人员初步证实了indosespene(6)是XMA和OXM的生物合成中间体,并且可能是吲哚氧化酶XiaI的直接底物。在随后的体外生化实验中,重组表达的XiaI能催化indosespene(6)反应生产prexiamycin(7),后者能自发氧化生成XMA(1),从而揭示了吲哚倍半萜生物合成途径中的一种新颖的氧化环化机制(Li et al,J. Am. Chem. Soc. 2012,134,8996-9005)。

  博士后李慧贤、博士生张庆波是这些工作的主要完成者。该研究获得了科技部(973项目、863重点课题)、国家自然科学基金委和中国科学院的基金资助。