近日，《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，缩写PNAS）以“Systematic mining of fungal chimeric terpene synthases using an efficient precursor-providing yeast chassis”为题在线发表了我校药学院刘天罡教授课题组和美国田纳西大学陈峰教授课题组有关真菌嵌合萜类合酶的相关研究。该论文武汉大学为第一单位，博士研究生陈蓉为第一作者，刘天罡教授、卞光凯特聘副研究员和陈峰教授为共同通讯作者。

萜类化合物是广泛存在于自然界中、数量最庞大的一类天然产物家族，至今已超过10万种结构被发现，其中就包含有著名分子青蒿素和紫杉醇等。萜类合酶在萜类化合物生物合成中发挥了分子成环等重要功能，是萜类化合物碳骨架合成的关键。其中，I型嵌合萜类合酶是存在于真菌体内一类稀有的萜类合酶，由异戊烯基转移酶（prenyltransferase，PT）结构域和I型萜类合成酶(terpene synthase，TS)结构域组成（简称为PTTSs）。随着基因组测序技术的发展，几百个PTTS浮出水面，然而至今仅有大约20个PTTS的功能被验证。有限的数据使得我们难以对这一类稀有萜类合酶的起源、功能进化等进行深入且全面的探索。

Fig 1. 34个新PTTSs的系统发育分析以及产物结果

刘天罡和陈峰教授课题组从476种基因组测序丝状真菌以及NCBI和UniProt数据库中筛选出了227个PTTS基因。陈峰教授通过生物信息学手段对PTTS基因的起源和功能进化进行了探索，发现这类酶起源于双核菌亚界，广泛分布于子囊菌门各个系中，而在担子菌门中仅分布在一个种中。为了解析这类稀有萜类合酶家族的功能，刘天罡教授课题组利用其开发的高效萜类前体供给的酿酒酵母为底盘并结合高通量自动化平台，有效地实现了PTTS底物的高效供给并且大大增加了PTTSs挖掘的通量，为更深层次地探究PTTS的功能提供了强有力的保障。最终，该团队成功地鉴定了34个新的PTTS的功能，该研究中鉴定的PTTS的总数超过了目前所有已知的PTTS的一倍。另外，从34个酵母工程菌株中鉴定了24个二萜和二倍半萜结构，并借助计算化学和化学反应的方式确定了两个结构新颖的二倍半萜的绝对构型。

该策略不仅为萜类化合物的挖掘提供了一个强大和高效的方法，并且将天然产物发现从原来在自然界寻找发展为从网上挖掘信息并自动化实现，标志着萜类天然产物挖掘进入一个新的阶段。这也是该课题组提出的“基于代谢工程平台的萜类化合物挖掘新策略”连续在《Metabolic Engineering》（代谢工程）、《Current Opinion in Biotechnology》（生物技术新观点）、《Angewandte Chemie International Edition》（德国应用化学）、《Journal of American Chemical Society》（美国化学学报）、《Nature Communications》（自然通讯）等国际著名期刊发表萜类产物挖掘新方法及产物合成机制以来，再次在该领域取得的最新突破。

该研究工作得到合成生物学国家重点研发计划，国家自然科学基金，武汉大学医学科学进步计划和中央高校基本科研经费的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2023247118