黄色素Alterochromide是一种新颖的缩肽类物质，含5个氨基酸残基组成的环肽和芳基多烯脂，具抗菌、抗疟、免疫抑制和抗癌等生物活性。该黄色素在多烯链的长度、5位氨基酸残基的同分异构及芳香基的卤化程度存在差异。有研究表明，该黄色素的卤化修饰有助于生物活性的提高。至今，黄色素Alterochromide的生物合成路径及其卤化机制还不甚清楚。
鉴于此，团队通过基因组测序和生物信息学分析，发现假交替单胞菌T1lg65中存在含14个基因的黄色素Alterochromide的合成基因簇alt（altA~altN）（图1）。
图1 假交替单胞菌T1lg65中存在含14个基因的黄色素Alterochromide的合成基因簇alt（altA~altN）
通过构建关键基因缺失的突变株，分析代谢产物的变化，确定了基因簇alt上关键基因编码产物的功能及在黄色素生物合成中的作用，解析了菌株T1lg65中黄色素Alterochromide的合成路径（图2）。
图2 基因簇alt上关键基因编码产物的功能及其在黄色素Alterochromide生物合成中的作用
通过溴离子饲喂实验，发现菌株T1lg65除了产黄色素Alterochromide，还产溴化黄色素（图3）。
图3假交替单胞菌T1lg65产非溴化和溴化黄色素Alterochromide
进一步分析发现，altN缺失突变菌株不再产溴代黄色素，而altN回补菌株恢复了产溴代黄色素的能力（图4），说明菌株T1lg65中AltN能够溴化黄色素Alterochromide。
图4 altN编码产物AltN对黄色素Alterochromide的溴化作用
通过预测底物与卤化酶AltN的相互作用，并对关键活性位点Lys73进行饱和突变，发现73号位赖氨酸残基被突变为脯氨酸残基或苏氨酸残基后，AltN仍具有溴化黄色素的活性，但溴化能力明显下降；而73号位赖氨酸残基被突变为其它氨基酸残基后，AltN完全丧失溴化黄色素的能力（图5）。
图5 卤化酶AltN的结构与功能的关系
综上，黄色素Alterochromide生物合成和卤化如图6：AltA负责对羟基肉桂酸合成；AltB充当酰基载体蛋白；AltC负责脂酰辅酶A合成。AltB、AltC和AltD组成PKS（聚酮合酶）途径，参与脂肪酸合成；AltK、AltL和AltM构成NRPS（非核糖体肽合酶）途径，负责多肽形成。NRPS途径分为五个模块：AltK负责模块一，AltL负责模板二和三， AltM负责模块四和五。AltN负责黄色素的卤化。
图6假交替单胞菌T1lg65中黄色素Alterochromide生物合成和卤化的路径
该研究为黄色素Alterochromide生物合成代谢路径的强化和改造及次级代谢产物的卤化提供了理论基础。
相关研究成果以“Biosynthetic mechanism of the yellow pigments in the marine bacterium Pseudoalteromonas sp. strain T1lg65”为题，于2024年1月发表于微生物学领域权威期刊《Applied and Environmental Microbiology》。我校微生物学专业2023届硕士研究生任怡璇为论文第一作者，余志良教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32370112）的支持。
论文信息：Yixuan Ren, Ruoyu Liu, Yifan Zheng, Hang Wang, Qiu Meng, Tingheng Zhu, Jianhua Yin, Xueqiang Cao*, Zhiliang Yu*. 2024. Biosynthetic mechanism of the yellow pigments in the marine bacterium Pseudoalteromonas sp. strain T1lg65. Applied and Environmental Microbiology, doi: 10.1128/aem.01779-23.
论文链接：https://doi.org/10.1128/aem.01779-23