Heterologous and Engineered Biosynthesis of Nematocidal Polyketide–Nonribosomal Peptide Hybrid Macrolactone from Extreme Thermophilic Fungi

聚酮 化学 非核糖体肽 巢状曲霉 嗜热菌 生物合成 聚酮合酶 大肠杆菌 基因 生物化学 异源表达 立体化学 突变体 重组DNA
作者
Jinmei Zhang,Hang-Hang Wang,Xuan Liu,Changhua Hu,Yi Zou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (4): 1957-1965 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.9b11410
摘要

Fungal polyketide–nonribosomal peptide (PK–NRP) hybrid macrolactones are a growing family of natural products with biomedical and agricultural activities. One of the most important families is the thermolides, which are produced by extreme thermophilic fungi and exhibit strong nematocidal activity. We show here that the genes ThmABCE from Talaromyces thermophilus NRRL 2155 are critical for thermolide synthesis. Two separate single-module hrPKS (ThmA) and NRPS (ThmB) enzymes collaborate to synthesize the core macrolactone backbone (6 or 7), and the NRPS ThmB-CT domain catalyzes the key macrocyclization step in PK–NRP intermediate release via ester bond formation, representing a novel function of fungal NRPS C domains. We also show that heterologous and engineered expression of the Thm genes in the type strains of Aspergillus nidulans and Escherichia coli not only dramatically enhances the yields of thermolides but also affords different esterified analogues, such as butyryl- (thermolides J and K, 15 and 16), hexanoyl-, and octanyl- derivatives or mixed thermolides. Thermolides L and M (18 and 19), discovered via genome mining-based combinatorial biosynthesis, represent the first l-phenylalanine-based thermolides. Our work shows a unique biosynthetic mechanism of PK–NRP hybrid macrolactones from extremophiles, which led to the discovery of novel compounds and furthers our biosynthetic knowledge.
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