Activation of a Silent Gene Cluster from the Endophytic Fungus Talaromyces sp. Unearths Cryptic Azaphilone Metabolites

真菌 基因簇 生物 基因 微生物学 星团(航天器) 遗传学 植物 计算机科学 程序设计语言
作者
Xiaoling Huang,Dan Li,Long Bi,Haidi Li,Jing Li,Wen‐Xuan Wang,Kang Xu,Xia Yu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (28): 15801-15810 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c03162
摘要

Fungal azaphilones have attracted widespread attention due to their significant potential as sources of food pigments and pharmaceuticals. Genome mining and gene cluster activation represent powerful tools and strategies for discovering novel natural products and bioactive molecules. Here, a putative azaphilone biosynthetic gene cluster lut from the endophytic fungus Talaromyces sp. was identified through genome mining. By overexpressing the pathway-specific transcription factor LutB, five new sclerotiorin-type azaphilones (1, 6, 8, and 10-11) together with seven known analogues (2-5, 7, 9, 12) were successfully produced. Compounds 8 and 9 exhibited antibacterial activity against Bacillus subtilis with MIC values of 64 and 16 μg/mL, respectively. Compound 11 showed cytotoxic activity against HCT116 and GES-1 with IC50 values of 10.9 and 4.9 μM, respectively, while 1, 4, 5, and 7-10 showed no obvious cytotoxic activity. Gene inactivation experiments confirmed the role of the lut cluster in the production of compounds 1-12. Subsequent feeding experiments unveiled the novel functional diversity of the dual megasynthase system. Furthermore, a LutC-LutD binary oxidoreductase system was discovered, and in combination with DFT calculations, the basic biosynthetic pathway of the sclerotiorin-type azaphilones was characterized. This study provided a good example for the discovery of new azaphilones and further uncovered the biosynthesis of these compounds.
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