💡这项突破是什么?
真菌来源的吲哚生物碱因其复杂的化学结构和多样的生物活性而备受关注。其中，notoamide类化合物因其独特的二氮辛烷结构单元而成为研究热点。中国科学院昆明植物研究所植物化学与天然药物重点实验室邸迎彤研究员团队近期在真菌烯化吲哚生物碱的生物合成机制研究中取得重要进展，揭示了真菌中notoamide类化合物生物合成过程中的关键酶催化机制和代谢耦合串联机制。
研究人员通过基因组挖掘和异源表达，从真菌Aspergillus versicolor中鉴定出两个关键酶SpeF和SpeG。研究发现，SpeF和SpeG在(-)-notoamide T和(+)-versicolamide B转化中依次发挥关键作用（图1）。通过饲喂实验以及结构分析，进一步明确了SpeG的底物是活性环氧中间体，且其起始氧化位置在C-17位，随后异构化为关键的含环氧的氮杂二烯正离子中间体tau-MA。化学计算和势能面分析揭示了IEDDA（Inverse-Electron-Demand Diels-Alder）是构建这两个化合物二氮辛烷结构单元的主要机制。而随后的环氧开环，C3-O键断裂比C2-O更有利，这也与最终产物结构相吻合。由于这两个过程能垒较低，产量与计算基本一致，研究人员推测这两个过程并不需要酶对底物的专一性识别。随后，研究人员进行了蛋白共定位分析和酵母双杂实验，结果显示，SpeF和SpeG之间可以发生互作，形成稳定的Metabolon，有助于不稳定的环氧中间体在两个蛋白之间传递，验证了生物合成机制的合理性（图2）。这一发现不仅为研究人员深入理解notoamides的生物合成机制提供了新视角，也为未来的合成生物学和代谢工程研究奠定了坚实基础。
图2 SpeF和SpeG之间的互作研究
近日，这一成果以Deciphering fungal metabolon coupling tandem inverse-electron-demand Diels-Alder reaction and semipinacol rearrangement for the biosynthesis of fused polycyclic alkaloids 为题在线发表在化学国际期刊Science China Chemistry。中国科学院昆明植物研究所刘帅博士，邸迎彤研究员，以及北京大学深圳研究生院续文强博士为论文第一作者，昆明植物研究所植物化学与天然药物重点实验室邸迎彤研究员、郝小江研究员以及北京大学深圳研究生院吴云东研究员为论文通讯作者。此外，上海交通大学的唐满成教授，中国科学院昆明植物研究所的曹明明研究员、杨俊波研究员、郭晗研究员、曾英研究员、徐梓斐副研究员、陈定康、常耀文、汤红玉、贵州医科大学天然产物中心苑春茂研究员参与了部分工作。研究得到了国家自然科学基金（U1812403,2193304,81573323,31770392,22177050）、云南省科技厅项目（202003AD150012,202201AS070040， 202302AA310035）等项目的资助。
