研究背景

Tetramic acid（含2,4-吡咯烷二酮）是天然产物中最常见、活性最广、最受关注的化合物之一，其中典型代表是细交链格孢菌酮酸（tenuazonic acid, TeA）。Sec-pentyl-tenuazonic acid（S-TeA）是以TeA为先导设计和合成的一个新

，比TeA具有更高的除草活性。然而，与化学农药相比，天然产物在农药的产业化及登记过程中更具优势和吸引力。因此，明确S-TeA是否是天然产物、解析其生物合成途径及机制对于实现其产业化具有十分重要的意义。

文章概述

近日，南京农业大学生命科学学院陈世国教授课题组发现S-TeA是一种新型Tetramic acid类天然产物，并解析了其生物合成途径和机制。相关成果发表在Advanced Science上。

本研究中，首先通过分离纯化和结构鉴定确认S-TeA是一种天然产物，并明确了天然S-TeA的绝对构型为 (5S, 6S)，这为将S-TeA开发成生物除草剂提供了科学依据。同时，本研究利用多组学、同位素示踪、质谱、蛋白重组等手段明确了S-TeA是以苏氨酸为起始原料，先通过支链氨基酸合成途径中8个酶在线粒体中合成直接前体AMHA（2-氨基-3-甲基己酸），随后AMHA在细胞质中被NRPS-PKS（非核糖体肽合成酶-聚酮合酶）乙酰化和环化形成S-TeA，最后通过跨膜蛋白AaMFS1将S-TeA排到胞外的合成机制。其中，2-异丙基苹果酸合成酶（IPMS），3-异丙基苹果酸脱水酶（IPMDH）和异丙基苹果酸脱氢酶（ISMD）是AMHA生物合成途径特有的酶，而IPMDH是关键限速酶。AMHA已经被证实是一种天然发生的非蛋白氨基酸，具有抗逆、促生、提质、缓解药害等功能，已获得多项发明专利授权和新农药命名“氨甲己酸”，有潜力开发成我国具有完全自主知识产权的植物诱抗剂新产品。本研究对真菌中AMHA生物合成途径及机制的解析，为基于合成生物学构建AMHA高产工程菌株、实现其高效生物制造奠定了坚实的理论基础。