青年研究员Nature子刊获重要新成果

来自中国科学院昆明植物所的研究人员采用基因组测序，异源表达，基因敲除等技术，针对其研究组发现的新吡啶生物碱Rubrolone（罗博卢酮），详细解析了其生物合成途径，并阐明了其型吡啶环生物合成新机制。

这一研究成果公布在10月7日的Nature Communications杂志上，文章的通讯作者是植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室的黄胜雄研究员，黄胜雄研究组的主要研究方向为天然产物的生物合成，2013年入选云南省“高端科技人才”计划，2014年入选中组部“青年****” 。文章第一作者是黄胜雄课题组的颜一军博士。

生物碱是存在于自然界有机体中的一类含有负氧化态氮原子的环状化合物，其数量众多，结构复杂，大多具有广泛的生物活性，由其开发的药物约占全部植物药的40%以上。有关生物碱的研究是目前天然药物化学领域的重点和热点。吡啶生物碱作为生物碱的一类，其中的吡啶环是其发挥药效活性的关键基团。前人的研究表明大部分吡啶生物碱类天然产物中吡啶环的氮原子和碳原子来源于不同的氨基酸，但其详细的生物合成环合机制却并不十分清楚。

在这篇文章中，研究人员采用基因组测序，基因簇信息挖掘，异源表达，基因敲除和突变株代谢产物的分离鉴定等多学科交叉的手段，首次获得了罗博卢酮的生物合成基因簇并合理推测了罗博卢酮大致的生物合成途径。

研究人员还在糖合成基因功能缺失的突变株中发现了一个关键的中间体。随后的[15N]-标记邻氨基苯甲酸体内喂养实验确认了罗博卢酮类化合物中吡啶环的来源，发现它们分别利用游离的氨和邻氨基苯甲酸与关键中间体缩合形成相应的吡啶环。

此外，研究组又经该关键中间体与游离的氨和邻氨基苯甲酸在体外缩合反应合成罗博卢酮骨架苷元的实验证实其中吡啶环的形成过程是非酶催化的。这一过程的实现需要中间产物水解形成具有1, 5-二羰基结构单元的氨基受体化合物。而1, 5-二羰基结构单元的发现可能代表自然界中一种广泛存在的吡啶环形成机制。

这一研究不仅为具有心肌保护活性的为罗博卢酮的进一步的药物研发提供了保障，而且为综合运用组合生物合成和合成生物学技术创制结构多样性的吡啶生物碱奠定了基础，为吡啶生物碱类天然药物的开发和持续利用提供了一种新思路。

（生物通：万纹）

作者简介：

黄胜雄
研究组的主要研究方向为天然产物的生物合成，主要运用有机化学、生物信息学、分子生物学、生物化学、基因工程及代谢工程等学科知识与实验技术，进行以下三个方面的研究：

1. 结构新颖天然产物发现及新方法研究

2. 新颖结构的活性天然产物的生物合成途径及酶催化的新颖化学机制研究

3. 活性天然产物的生物合成和合成生物学研究

原文摘要：

Non-enzymatic pyridine ring formation in the biosynthesis of the rubrolone tropolone alkaloids

The pyridine ring is a potent pharmacophore in alkaloid natural products. Nonetheless, its biosynthetic pathways are poorly understood. Rubrolones A and B are tropolone alkaloid natural products possessing a unique tetra-substituted pyridine moiety. Here, we report the gene cluster and propose a biosynthetic pathway for rubrolones, identifying a key intermediate that accumulates upon inactivation of sugar biosynthetic genes. Critically, this intermediate was converted to the aglycones of rubrolones by non-enzymatic condensation and cyclization with either ammonia or anthranilic acid to generate the respective pyridine rings. We propose that this non-enzymatic reaction occurs via hydrolysis of the key intermediate, which possesses a 1,5-dione moiety as an amine acceptor capable of cyclization. This study suggests that 1,5-dione moieties may represent a general strategy for pyridine ring biosynthesis, and more broadly highlights the utility of non-enzymatic diversification for exploring and expanding natural product chemical space.