Aufdeckung des biosynthetischen Potentials von Pilzen durch heterologe Expression stummer Gencluster in Aspergillus nidulans und LC-MS-basierte Metabolomanalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Shu-Ming Li
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410588509

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt haben wir die Leistungsfähigkeit der Genomik und der synthetischen Biologie mit einer integrierten Methode zur Erstellung metabolomischer Profile kombiniert, um die stillen/kryptischen Gene zu exprimieren und Biosynthesewege von Sekundärmetaboliten (SMs) aufzuklären. Biosynthetische Gencluster (BGCs) aus Penicillium crustosum, Pestalotiopsis fici, Aspergillus ruber, Penicillium palitans, Penicillium roqueforti und Trichoderma applanatum wurden zuerst erfolgreich in E. coli-Saccharomyces-Aspergillus- Shuttle-Vektoren durch PCR-basierte homologe Rekombination in E. coli oder Hefe konstruiert und die erhaltenen Konstrukten in Aspergillus nidulans LO8030 exprimiert. Expression solcher Cluster führte zur Akkumulation von neuen SMs, die durch Isolierung und Strukturaufklärung identifiziert wurden. Anschließende Gendeletion und Fütterungs-Experimente sowie die biochemische Charakterisierung der rekombinanten Schlüsselenzyme wurden zur Aufklärung der Reaktionsschritte in den Biosynthesewegen verwendet, die das Vorhandensein neuer Enzyme oder Reaktionen in der Biosynthese offenbarten. Dazu gehören der Bildungsmechanismus von Peniphenonen und Penilactonen in P. crustosum, das erste Pilzenzym FnsA für die Flavonoidbiosynthese in P. fici, die bifunktionale PKS OesA aus P. crustosum, das lactonbildende bridge enzyme-like Protein AnuG aus P. roqueforti und das P450-Enzym VdoD aus P. palitans für die meta-Hydroxylierung an einem monosubstituierten Benzolring.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Formation of Terrestric Acid in Penicillium crustosum Requires Redox-Assisted Decarboxylation and Stereoisomerization. Organic Letters, 22(1), 88-92.
  Fan, Jie; Liao, Ge; Ludwig-Radtke, Lena; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• Genomic Locus of a Penicillium crustosum Pigment as an Integration Site for Secondary Metabolite Gene Expression. ACS Chemical Biology, 14(6), 1227-1234.
  Kindinger, Florian; Nies, Jonas; Becker, Anke; Zhu, Tianjiao & Li, Shu-Ming
  
• Peniphenone and Penilactone Formation in Penicillium crustosum via 1,4-Michael Additions of ortho-Quinone Methide from Hydroxyclavatol to γ-Butyrolactones from Crustosic Acid. Journal of the American Chemical Society, 141(10), 4225-4229.
  Fan, Jie; Liao, Ge; Kindinger, Florian; Ludwig-Radtke, Lena; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• Biosynthesis of the Prenylated Salicylaldehyde Flavoglaucin Requires Temporary Reduction to Salicyl Alcohol for Decoration before Reoxidation to the Final Product. Organic Letters, 22(6), 2256-2260.
  Nies, Jonas; Ran, Huomiao; Wohlgemuth, Viola; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• Isocoumarin formation by heterologous gene expression and modification by host enzymes. Organic & Biomolecular Chemistry, 18(26), 4946-4948.
  Xiang, Pan; Ludwig-Radtke, Lena; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• Prenylation and Dehydrogenation of a C2-Reversely Prenylated Diketopiperazine as a Branching Point in the Biosynthesis of Echinulin Family Alkaloids in Aspergillus ruber. ACS Chemical Biology, 16(1), 185-192.
  Nies, Jonas & Li, Shu-Ming
  
• Biosynthesis of Viridicatol in Penicillium palitans Implies a Cytochrome P450-Mediated meta Hydroxylation at a Monoalkylated Benzene Ring. Organic Letters, 24(1), 262-267.
  Zhang, Zheng-Xi; Li, Zhang-Hai; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• Conversion of viridicatic acid to crustosic acid by cytochrome P450 enzyme-catalysed hydroxylation and spontaneous cyclisation. Applied Microbiology and Biotechnology, 105(24), 9181-9189.
  Zhou, Jenny & Li, Shu-Ming
  
• Formation of 3-Orsellinoxypropanoic Acid in Penicillum crustosum is Catalyzed by a Bifunctional Nonreducing Polyketide Synthase. Organic Letters, 24(1), 462-466.
  Xiang, Pan & Li, Shu-Ming
  
• Fungal benzene carbaldehydes: occurrence, structural diversity, activities and biosynthesis. Natural Product Reports, 38(1), 240-263.
  Ran, Huomiao & Li, Shu-Ming
  
• Heterologous expression of a single fungal HR-PKS leads to the formation of diverse 2-alkenyl-tetrahydropyrans in model fungi. Organic & Biomolecular Chemistry, 19(38), 8377-8383.
  Lyu, Hai-Ning; Zhang, Jinyu; Zhou, Shuang; Liu, Hong-Wei; Zhuang, Wen-Ying; Li, Shu-Ming & Yin, Wen-Bing
  
• Precursor Supply Increases the Accumulation of 4-Hydroxy-6-(4-hydroxyphenyl)-α-pyrone after NRPS–PKS Gene Expression. Journal of Natural Products, 84(8), 2380-2384.
  Li, Wen; Fan, Jie; Liao, Ge; Yin, Wen-Bing & Li, Shu-Ming
  
• A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin. Nature Communications, 13(1).
  Zhang, Hongjiao; Li, Zixin; Zhou, Shuang; Li, Shu-Ming; Ran, Huomiao; Song, Zili; Yu, Tao & Yin, Wen-Bing
  
• Biosynthesis of Annullatin D in Penicillium roqueforti Implies Oxidative Lactonization between Two Hydroxyl Groups Catalyzed by a BBE-like Enzyme. Organic Letters, 24(32), 6072-6077.
  Xiang, Pan; Kemmerich, Bastian; Yang, Li & Li, Shu-Ming
  
• Biosynthesis of Xylariolide D in Penicillium crustosum Implies a Chain Branching Reaction Catalyzed by a Highly Reducing Polyketide Synthase. Journal of Fungi, 8(5), 493.
  Stierle, Sina A. & Li, Shu-Ming
  
• Pretrichodermamide A Biosynthesis Reveals the Hidden Diversity of Epidithiodiketopiperazines. Angewandte Chemie, 135(18).
  Fan, Jie; Ran, Huomiao; Wei, Peng‐Lin; Li, Yuanyuan; Liu, Huan; Li, Shu‐Ming; Hu, Youcai & Yin, Wen‐Bing