2021年12月14日，国际学术期刊mBio在线发表了王成树研究组题为“Inductive production of the iron-chelating 2-pyridones benefits the producing fungus to compete for diverse niches”的研究论文。该工作报道了昆虫病原真菌球孢白僵菌同其他真菌竞争时，诱导产生具有铁离子螯合活性的2-吡啶酮(2-pyridone)类化合物，帮助白僵菌拮抗其他真菌、应对贫铁或富铁微环境等。

　　球孢白僵菌广泛用于农林业害虫生物防治，该菌基因组含有合成不同活性成分的次级代谢基因簇，但在正常培养条件下多呈现为沉默状态，不同基因簇负责代谢产物的结构、活性、合成机理与生物学功能等多不清楚。研究组前期研究表明，球孢白僵菌与罗伯茨绿僵菌混合感染昆虫时，前者表现为“弱者”的角色，即相同孢子浓度下无法同绿僵菌竞争感染同一昆虫个体；但在离体培养条件下，球孢白僵菌可以抑制及排斥绿僵菌的生长，从而表现出适应性的环境竞争 (J. Fungi, 2021)，但涉及的机理不清楚。

　　该论文研究发现，白僵菌和绿僵菌混菌发酵可诱导一类新型化合物的产生。结构鉴定表明该类化合物为2-吡啶酮类生物碱，由保守的聚酮合成酶和非核糖体多肽合成酶（PKS-NRPS）TenS基因簇负责合成，该基因簇只存在于白僵菌中，且在纯培养时表现为沉默现象。针对该基因簇进行结构分析与功能验证，获得负责调控tenS基因簇的特异性转录调控因子TenR。利用tenR过表达菌株进一步开展基因缺失及产物分离鉴定，获得7种新化合物；尤其是发现TenS基因簇外的一对糖基及甲基转移酶负责主产物15-hydroxytenellin (15-HT)的糖基化修饰。实验证明，15-HT能够竞争结合铁离子，抑制绿僵菌孢子萌发与生长，从而帮助白僵菌拮抗绿僵菌。另外研究发现，tenR过表达菌株还能够更好地适应富铁或贫铁培养基条件，增强了对昆虫的杀虫毒力等。

　　该工作丰富了2-吡啶酮类生物碱的生物合成与调控机制，证明具有铁螯合功能的15-HT对于白僵菌具有重要的生态学功能。

　　中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究生陈波博士和孙岩磊同学为共同第一作者，王成树研究员为通讯作者。本研究得到国家基金委创新群体和中国科学院前沿科学重点研究计划等项目资助。

　　论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.03279-21

白僵菌合成2-吡啶酮及其系列前体和衍生物（红色标记为新鉴定的化合物）