编辑推荐：
为解决真菌中克罗烷二萜合酶未被鉴定的问题，研究人员对蜗牛相关真菌 Myrothecium sp. 进行基因组挖掘等研究。发现 mterA 基因编码双功能酶，产物（5S, 8R, 9R, 10S）-terpentetriene 有抑菌和激活植物免疫系统作用，意义重大。
在神秘的生物世界里，植物和微生物宛如两座巨大的宝藏库，蕴含着无数具有神奇功效的生物活性分子。其中，克罗烷二萜类化合物（clerodane diterpenoids）便是一类备受瞩目的 “宝藏分子”。它们广泛分布于植物界，在抗癌、抗炎、抗菌以及作为昆虫拒食剂等方面发挥着关键作用。比如从 Salvia divinorum 中分离出的 salvinorin A，已经进入治疗药物成瘾和神经精神疾病的 II 期临床试验阶段。
然而，相较于植物来源的克罗烷二萜类化合物，微生物来源的此类化合物却极为罕见。目前，仅从真菌和放线菌中发现了寥寥几种，像从真菌中分离出的 clerocidin，以及从放线菌中分离出的 terpentecin、UCT4B、spirocardins A 和 B。更令人疑惑的是，在真菌中，克罗烷二萜合酶（clerodane diterpene synthase）一直未得到明确的鉴定和研究。对于真菌中克罗烷骨架的生物合成机制，究竟是由已知的 labdane 二萜合酶参与，还是存在特殊的二萜合酶，这成为了生命科学领域亟待解开的谜题。
为了攻克这些难题，南京林业大学的研究人员踏上了探索之旅。他们以蜗牛相关真菌 Myrothecium sp. SW - 15 为研究对象，展开了一系列深入的研究。最终，研究人员成功鉴定并表征了首个源自真菌的克罗烷二萜合酶 MterA，这一成果意义非凡，不仅填补了真菌中克罗烷二萜合酶研究的空白，还为后续开发新型生物活性分子、探索植物 - 微生物相互作用机制等研究奠定了坚实基础。该研究成果发表在《Bioorganic Chemistry》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过 Illumina HiSeq 对 Myrothecium sp. SW - 15 的基因组 DNA 进行测序分析，挖掘潜在的双功能萜烯合酶基因；其次，构建系统发育树（phylogenetic tree）并进行保守基序分析（conserved motif analysis），确定 MterA 与已知双功能二萜合酶的关系；然后，利用异源共表达（heterologous co - expression）技术在工程酵母中表达相关基因，验证 MterA 的功能；此外，还运用定点突变（site - directed mutagenesis）和基因失活（gene inactivation）技术，探究关键基因位点和基因簇的作用。
基因挖掘双功能二萜合酶
研究人员利用 Illumina HiSeq 对 Myrothecium sp. SW - 15 的基因组进行测序，其 33 Mbp 的基因组组装后得到 1899 个重叠群（contigs）。以 18 个已知的真菌双功能二萜合酶为查询序列，在该真菌基因组数据中搜索，成功发现了一个编码具有 II 类和 I 类合酶双功能嵌合蛋白的基因 mterA。
系统发育和保守基序分析
系统发育分析显示，MterA 位于与已知双功能二萜合酶较远的分支上，但它的结构域架构与 II/I 类双功能二萜合酶一致。这表明 MterA 虽有独特之处，但仍属于双功能二萜合酶家族，为后续研究其功能提供了重要线索。
异源共表达验证功能
在工程酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中对 mterA 和 mterB 进行异源共表达，结果产生了克罗烷二萜产物（5S, 8R, 9R, 10S）-terpentetriene（1）。这一实验结果确凿地证实了 MterA 能够催化生成克罗烷二萜类化合物，是真菌中一种特殊的克罗烷二萜合酶。
定点突变对产物积累的影响
对 MterA 保守基序进行定点突变，结果显示这对 terpentetriene 的积累产生了显著影响。这表明保守基序中的氨基酸残基在 MterA 催化生成目标产物的过程中起着关键作用，为深入理解 MterA 的催化机制提供了重要依据。
基因失活研究
对 mterA 基因进行失活处理后发现，在实验室条件下，宿主真菌中的 mter 基因簇可能处于隐秘状态或表达较弱。这意味着该基因簇的表达调控机制较为复杂，在常规实验条件下难以充分发挥作用，为后续研究基因表达调控提供了新的方向。
化合物的生物活性评估
研究发现，化合物（5S, 8R, 9R, 10S）-terpentetriene（1）对植物病原体枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）表现出显著的抑制活性，最低抑菌浓度（MIC）值为 8 μg/mL，并且能够激活植物免疫系统。这表明该化合物在农业领域具有潜在的应用价值，有望开发成为新型生物农药。
综上所述，研究人员通过基因组挖掘、系统发育树分析和异源表达等一系列研究，成功鉴定并表征了首个源自真菌的克罗烷二萜合酶 MterA，它也是自然界中首个双功能克罗烷二萜合酶。定点突变研究揭示了保守基序中 DXDD 和 DEXXE 氨基酸残基对产物积累的重要性。此外，化合物（5S, 8R, 9R, 10S）-terpentetriene（1）展现出的抗菌活性和激活植物免疫系统的能力，为其在农业和医药领域的应用提供了广阔前景。不过，研究也发现 mter 基因簇在实验室条件下的表达存在一定问题，后续还需要进一步深入研究其表达调控机制，以充分挖掘这一基因簇的潜在价值。该研究成果为真菌来源的克罗烷二萜类化合物研究开辟了新的道路，对推动生命科学和健康医学领域的发展具有重要意义。
