次級代謝文獻(xiàn)翻譯

1、次級代謝：在真菌生物中的調(diào)節(jié)及作用絲狀真菌產(chǎn)生各種各樣的次級代謝產(chǎn)物一些小分子，這些小分子并不是真菌生長發(fā)育所必需的，次級代謝產(chǎn)物在社會中有巨大的影響。一些被用作抗生素和藥品研制，另一些則導(dǎo)致人或動物患病。真菌基因序列的獲得使這些次級代謝分子的特定生物合成基因得以加強(qiáng)。調(diào)控次級代謝產(chǎn)物生成的基因已被確定，次級代謝、光和有性或無性生殖之間的聯(lián)系已被建立。然而真菌中次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生仍然是個迷題。很多這種真菌在土壤中腐生生活，它們產(chǎn)生的分子能保護(hù)它們抵御同一生態(tài)位的其他居住者。簡介真菌次級代謝產(chǎn)物的種類包括聚酮化合物（如黃曲霉毒素和伏馬毒素）、非核糖體多肽（如西洛霉素、波胺、鐵傳遞蛋白，鐵菌素）、

2、萜烯（如T-2毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇）、吲哚萜烯（如蕈青毒素和震顫素）。次級代謝物的生物合成基因通常是聚集在一起的，因此能相對容易地從完整的基因組序列中被鑒定出來。真菌的次級代謝調(diào)控已被全面考察。這篇文章強(qiáng)調(diào)了這個領(lǐng)域在過去幾年里的發(fā)展并且描述了最近的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)的目的是測定真菌生物中次級代謝的作用。圖一次級代謝生物合成的調(diào)控基因次級代謝物基因簇通常包含在基因簇內(nèi)起作用的轉(zhuǎn)錄因子。近來研究表明這些調(diào)控因子也作用于其他基因組的基因。例如，在黃曲霉和寄生曲霉中調(diào)控黃曲霉毒素的基因簇以及構(gòu)巢曲霉中調(diào)控柄曲霉素基因簇的轉(zhuǎn)錄因子alfR也調(diào)節(jié)黃曲霉毒素基因簇以外的三個基因。這種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子野生型

3、和突變型基因的全局表達(dá)的模式比較的微陣列實(shí)驗(yàn)很可能導(dǎo)致更多情況的發(fā)現(xiàn)，在這些情況中，其它基因組中的基因也被調(diào)控。一些生物基因簇不含轉(zhuǎn)錄因子，如內(nèi)生真菌Neotyphodium lolii 和Epichloe festucae中的麥角纈氨酸和黑麥震顫素基因簇。菌絲中這些信號的轉(zhuǎn)錄水平很低但在植物中卻很高，這表明植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)這些基因次級代謝物的生產(chǎn)。通過全局轉(zhuǎn)錄因子次級代謝物被控制在一個較高的水平，這些轉(zhuǎn)錄因子被與生物合成基因簇不連接的基因編碼。這些基因調(diào)控許多生理過程，而且通常會應(yīng)答環(huán)境因素如PH、溫度和營養(yǎng)。營養(yǎng)調(diào)節(jié)的一個例子是AreA，它是一個氮代謝的調(diào)控因子，需要輪狀鐮刀霉菌產(chǎn)生伏馬素

4、B1。生長在不同氮素條件下產(chǎn)赤霉素的赤霉菌的同源突變體改變了一些參與次級代謝基因的轉(zhuǎn)錄模式，輪枝鐮孢菌的微陣列中間雜交實(shí)驗(yàn)就顯示了這個現(xiàn)象。此外，在啤酒酵母中調(diào)節(jié)營養(yǎng)介導(dǎo)信號的雷帕霉素標(biāo)靶激酶的同源體也牽扯到F. fujikuroi中赤霉素的生物合成。核蛋白LaeA是曲霉次級代謝的主要調(diào)控因子，破壞這個基因?qū)е戮曛袔追N次級代謝物含量很低，并且黃曲霉菌核的產(chǎn)量減少。野生型轉(zhuǎn)錄模式的全基因組比較，煙曲霉的一個LaeA突變體和補(bǔ)充控制株表明了LaeA控制了大約10的基因轉(zhuǎn)錄。很明顯，大多數(shù)這些基因?qū)儆?2個次級代謝基因簇中的13個基因，7個這些調(diào)控基因簇位于有許多異染色質(zhì)的端粒區(qū)。甲基轉(zhuǎn)移酶與La

5、eA相似的基因序列參與了組蛋白的修飾，目標(biāo)LaeA的端粒區(qū)位置顯示蛋白質(zhì)通過染色體重組起作用，這個作用被染色體免疫技術(shù)研究所支持。異染色質(zhì)柄曲霉素生物合成增強(qiáng)的同時(shí)組蛋白H3的賴氨酸殘基中三甲基減少，而LaeA突變體則表現(xiàn)出賴氨酸殘基中三甲基增加，但是柄曲霉素的產(chǎn)量卻同時(shí)減少了。構(gòu)巢曲霉的有性和無性發(fā)育對光的應(yīng)答受一些因素的控制包括蛋白質(zhì)VeA。最近，研究表明寄生曲霉菌，黃曲霉和構(gòu)巢曲霉中veA即可以控制生長發(fā)育又可以調(diào)節(jié)次級代謝物的生產(chǎn)。VeA的缺失導(dǎo)致aflR不能表達(dá)而且繼而要產(chǎn)生的黃曲霉毒素也不能產(chǎn)生。能產(chǎn)生高濃度-內(nèi)酰胺抗菌頭孢素C的頭孢菌最近被鑒定出有veA的同系物。AcVEA這種蛋

6、白質(zhì)調(diào)節(jié)生物合成基因的表達(dá)和頭孢菌素C的產(chǎn)生，同時(shí)還調(diào)控菌絲發(fā)育的附屬碎片。生長發(fā)育過程的調(diào)節(jié)與次級代謝物產(chǎn)生之間的關(guān)系的提出已經(jīng)有很長時(shí)間了，最近它們的分子機(jī)制也被描繪出來。構(gòu)巢曲霉中串聯(lián)親和純化和酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了VeA與LaeA、VelB相互作用。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明VeA和VelB先在細(xì)胞質(zhì)中互作后又轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中。在光照條件下，VeA的濃度很低，無性發(fā)育（孢子繁殖）被誘發(fā)，但是參與的生物合成柄曲霉素的合成基因并沒有被誘發(fā)。相反的，黑暗條件下VeA濃度很高，這種蛋白質(zhì)作為LaeA和VelB之間的橋梁以便形成一種異源三倍體復(fù)合物，這種復(fù)合物可以誘導(dǎo)柄曲霉素生物和基因的表達(dá)。這個核心復(fù)合體的上

7、游因子包括光敏色素FphA和兩種蛋白質(zhì)Wc-1和Wc-2。在紅面包菌中這些蛋白質(zhì)的光應(yīng)答作用已經(jīng)被廣泛分析。在核中光敏色素FphA與VeA相互作用，但與LaeA的相互作用至今還未被發(fā)現(xiàn)。最近報(bào)到了水稻惡苗病菌次級代謝中Wc-1的同系物WcoA的作用。這個基因調(diào)控聚酮化合物、鐮菌素、比卡菌素以及赤霉素的產(chǎn)生。有趣的是WcoA的缺失突變體并沒有影響光誘發(fā)的類胡羅卜素的生物合成，雖然分生孢子嚴(yán)重減少，但是，依然產(chǎn)生了前面提到聚酮化合物和赤霉素。并非所有調(diào)控真菌次級代謝的蛋白質(zhì)都是調(diào)控因子。構(gòu)巢曲霉中的組蛋白脫乙酰酶HdaA調(diào)節(jié)次級代謝的作用LaeA是相反的，HdaA基因的缺失導(dǎo)致柄曲霉素和青霉素生物

8、合成基因的表達(dá)提早并且加強(qiáng)。抑制組蛋白脫乙酰酶增加了煙草赤星病菌和擴(kuò)展青霉中未經(jīng)鑒定的次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，這表明了組蛋白脫乙酰酶的調(diào)節(jié)功能可能被保存在絲狀真菌中。此外用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶或組蛋白脫乙酰酶抑制劑處理各種各樣的真菌與不經(jīng)處理的株系比較可給出改變的自然產(chǎn)物的簡介。MAP激酶也涉及調(diào)節(jié)次級代謝，它可能通過轉(zhuǎn)換細(xì)胞外信號而直接調(diào)節(jié)次級代謝，例如，與野生型株系比較，構(gòu)巢曲霉和刺盤孢菌MAP激酶突變的個體會產(chǎn)生跟低水平的次級代謝產(chǎn)物。在構(gòu)巢曲霉中，MAP激酶MpkB通過LaeA發(fā)揮它的作用。另一種信號蛋白，cAMP蛋白激酶PkaA在構(gòu)巢曲霉中也參與調(diào)節(jié)次級代謝物的產(chǎn)生。這種蛋白質(zhì)與G-蛋白信號

9、通路協(xié)同作用參與發(fā)育調(diào)節(jié)，通過阻礙aflR基因轉(zhuǎn)錄以及鈍化AflR蛋白產(chǎn)物的活性來抑制柄曲霉素的產(chǎn)生。得知MAP激酶和cAMP信號通路在真菌生長和發(fā)育過程中的重要性后，這個通路能調(diào)節(jié)次級代謝就不足為奇了。構(gòu)巢曲霉中黃曲霉毒素調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)知識的理解。蛋白質(zhì)激酶A，PkaA對被環(huán)境刺激而誘導(dǎo)的級聯(lián)放大信號（沒有表示）是非?；钴S的。高水平的活性蛋白抑制孢子生殖以及AflR和LaeA的轉(zhuǎn)錄，前者應(yīng)答黃曲霉毒素生物合成基因，它也調(diào)節(jié)生物合成基因簇外的基因，后者是次級代謝物產(chǎn)生的主要調(diào)控因子并被認(rèn)為是通過染色體重組起作用。促分裂原活化激酶，MpkB通過信號級聯(lián)放大激活次級代謝物的產(chǎn)生和性別發(fā)育來應(yīng)答環(huán)境刺

10、激。前一種應(yīng)答可能通過LaeA活化。黑暗影響天鵝絨復(fù)合物，這種復(fù)合物包括蛋白質(zhì)VelB、VeA和LaeA。VelB/VeA控制性別發(fā)育然而LaeA增強(qiáng)次級代謝物的產(chǎn)生。組蛋白脫乙酰酶，HdaA，抑制LaeA的活性調(diào)節(jié)這樣減少次級代謝物的產(chǎn)生。箭頭代表基因激活，封閉箭頭代表基因抑制。調(diào)節(jié)因子的操縱式表達(dá)從而發(fā)現(xiàn)新的次級代謝物生物合成基因簇的功能分析依賴于在基因簇中打亂關(guān)鍵基因，并檢驗(yàn)之后產(chǎn)生的次級代謝物類型。然而，在很多基因簇中的基因表達(dá)水平極低，而且在標(biāo)準(zhǔn)條件下培養(yǎng)的真菌中的特殊代謝產(chǎn)物不能被檢測到。缺失突變體轉(zhuǎn)錄譜的比較和次級代謝物產(chǎn)生的全局調(diào)控因子的過量表達(dá)在構(gòu)巢曲霉中用于鑒定抗腫瘤藥物t

11、errequinone A的基因簇。這種代謝產(chǎn)物先前在構(gòu)巢曲霉中并未被鑒定出來，另一種鑒定不在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件轉(zhuǎn)錄基因簇的產(chǎn)物的方法包括克隆一個可誘導(dǎo)啟動子下游的假定通路特異性調(diào)節(jié)基因并且把這個結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換到被用于相關(guān)生物體中，這種方法被用于激活有一個混合聚酮合酶或非核糖體肽合酶基因的一個構(gòu)巢曲霉的基因簇，公認(rèn)的轉(zhuǎn)錄因子誘發(fā)apdR的表達(dá)導(dǎo)致這種基因簇產(chǎn)生的兩種新的吡啶代謝物aspyridonesA和B的發(fā)現(xiàn)。真菌生物學(xué)中真菌次級代謝物的作用真菌生物中次級代謝物的作用是非常難懂的，很多這種分子是由病原性真菌產(chǎn)生的。例如，一種至今仍未被鑒定的次級代謝產(chǎn)物是水稻稻瘟病菌的分離群產(chǎn)生的，它參與了某種獨(dú)有的水

12、稻抗性品種的鑒定。這種代謝產(chǎn)物是由ACE1基因簇合成的，這種基因簇包含了一個混合聚酮合酶或非核糖體肽合酶，并且呈現(xiàn)一種特異性感染表達(dá)模式。某些真菌對各自宿主植物的毒性被特定的鐵載體調(diào)節(jié)，這種鐵載體是參與鐵離子的吸收的一個種類，它的合成需要一個非核糖體肽合酶NPS6的參與。植物抗原性真菌產(chǎn)生的寄主專一性毒素是致病的關(guān)鍵，例如，圓斑病菌中的HC毒素對有Hm抗性基因的患病玉米品種是專一的。相比之下，很多無宿主特異性毒素，如小球胚菌的西洛菌素PL廣泛地毒害它們的宿主植物。在很多例子中，產(chǎn)生毒素的真菌不依賴宿主生長也能完成他們的生命循環(huán)。毒害宿主可能對真菌有利，然而，在一些情況下，宿主中一些有害毒素的毒

13、害作用（如導(dǎo)致癌癥）只發(fā)生在真菌死后，這對產(chǎn)生次級代謝物的真菌并無益處，對一個產(chǎn)生的有機(jī)體來說，次級代謝物最大的好處可能是使生物體在它的生態(tài)位中存活下來。很多這種真菌腐生生活在土壤中，在土壤中它們暴露在充滿各種各樣競爭生物體嚴(yán)酷環(huán)境中。人們提出真菌的毒性已進(jìn)化到在這種環(huán)境中保護(hù)真菌以免被變形蟲、線蟲或其他無脊椎動物捕食的程度，人們不禁猜測次級代謝物是以這種方式起作用。最近的已明確的次級代謝物生物合成突變體的使用為一些分子和產(chǎn)生它們的生物體檢測了這個理論。例如，相對于野生型來講，構(gòu)巢曲霉的LaeA突變體的次級代謝物的濃度很低會最先被食真菌的節(jié)肢動物白符跳捕食。與野生型比較，突變體的消耗增加了節(jié)肢

14、動物繁殖的成功性，但也導(dǎo)致真菌突變體數(shù)量的減少，因此次級代謝物保護(hù)了真菌不被捕食。另一個例子，次級代謝物為與真菌共生的植物提供了好處，內(nèi)生真菌如香柱菌或Neotyphodium spp 中的一種調(diào)控的非核糖體肽波胺是一種有效的昆蟲抗食素。胺生物合成途徑中肽合酶已被鑒定并產(chǎn)生了突變。一個選擇生物分析例子，多年生黑麥草捕獲突變體作為吸引阿根廷莖象鼻蟲的內(nèi)生游離植物，但是有突變型株系的黑麥草沒有吸引力。植物、真菌和捕食昆蟲之間的三方關(guān)系增強(qiáng)了這種相互作用進(jìn)化的復(fù)雜性。結(jié)論和未來發(fā)展的方向真菌的次級代謝物的調(diào)節(jié)機(jī)制是復(fù)雜的需要對各種各樣環(huán)境和寄主的刺激產(chǎn)生應(yīng)答的多樣蛋白質(zhì)和復(fù)合物，模式真菌構(gòu)巢曲霉中這些過程的理解取得了很大的發(fā)展。在其它真菌中曲霉蛋白質(zhì)如LaeA的同系物的功能特征應(yīng)導(dǎo)致更多有趣現(xiàn)象的發(fā)生。最近，詳細(xì)的代謝途徑建立在構(gòu)巢曲霉全基因組規(guī)模上，這種全基因組方式將進(jìn)一步揭開初級和次級代謝產(chǎn)物之間的聯(lián)系。例如通過交叉通路控制（cpcA）系統(tǒng)，黑脛病隨機(jī)插入突變體分析表明了氨基酸生物合成和次級代謝物的關(guān)系，因此，一個cpcA同系物調(diào)控西洛菌素生物合成基因的表達(dá)。雖然，最近許多新的基因簇被鑒定出來，但相應(yīng)的次級代謝物的鑒定并未增加。真菌學(xué)家、遺傳學(xué)家