《Natural Products and Bioprospecting》：Genome mining reveals the unique function of UbiA-type prenyltransferase in Laetiporus sulphureus
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本研究针对真菌UbiA型异戊二烯基转移酶(PT)底物特异性机制不清的问题，通过基因组挖掘从硫色绚孔菌(Laetiporus sulphureus)中鉴定出8个UbiA-PT，发现LaPT3能以氢醌(HYQ, 2)为底物特异性催化二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)异戊烯化生成2-(3-甲基丁-2-烯-1-基)苯-1,4-二醇(1)。定点突变证实N100和G208是影响催化效率的关键位点，为理性设计修饰PT提供了理论依据。
在天然产物研究领域，真菌来源的异戊二烯化化合物因其结构多样性和显著生物活性备受关注。其中，UbiA型异戊二烯基转移酶(Prenyltransferase, PT)作为膜结合蛋白酶，能够催化异戊烯基团转移到芳香化合物上，从而产生结构多样的美罗特萜类化合物。然而，目前对担子菌中UbiA-PT的认识仍十分有限，已鉴定的酶多数仅能以4-羟基苯甲酸(PHB, 3)为底物，底物特异性机制不清成为制约其应用的关键瓶颈。
为解决这一问题，Wang等研究人员在《Natural Products and Bioprospecting》上发表了题为“Genome mining reveals the unique function of UbiA-type prenyltransferase in Laetiporus sulphureus”的研究论文。该研究以药用食用菌硫色绚孔菌(Laetiporus sulphureus)为研究对象，通过基因组挖掘技术鉴定出8个UbiA-PT基因，并发现其中LaPT3具有独特的底物特异性，能够以氢醌(2)为底物催化DMAPP的异戊烯化反应，这一发现为理解UbiA-PT的底物识别机制提供了新视角。
研究主要采用基因组挖掘与生物信息学分析、米曲霉(Aspergillus oryzae)异源表达系统、底物特异性筛选、核磁共振(NMR)结构鉴定、定点突变技术以及分子对接模拟等关键技术方法。其中实验菌株来源于硫色绚孔菌NWAFU-1，通过异源表达实现了酶功能的验证。
2 Results
2.1 sequences
通过生物信息学分析，研究人员从硫色绚孔菌基因组中挖掘出8个UbiA-PT基因(LaPT1-8)。系统进化分析显示这些酶与已知功能的真菌UbiA-PT亲缘关系较远，预示其可能具有独特功能。跨膜结构域分析表明除LaPT6外，其余7个酶均含有UbiA转移酶的三个保守基序(NDxxDxxxD、YxxxK和DxxxD)，具备催化异戊烯转移的能力。
2.2 Functional analysis of LaPT
将8个LaPT基因在米曲霉中进行异源表达，并通过HPLC和LC-MS分析发现，只有AO-LaPT3转化子在添加底物2后能产生新化合物1。该化合物的分子离子峰为m/z 179.1071 [M+H]+，比底物2分子量增加68 Da，对应一个DMAPP单元的加成。
2.3 Separation, extraction and structural characterization of compound 1
通过大规模发酵和分离纯化，获得化合物1并进行NMR结构解析。13C-NMR和1H-NMR数据证实其结构为2-(3-甲基丁-2-烯-1-基)苯-1,4-二醇，这是在真菌中首次报道的以2为底物催化DMAPP转移的UbiA-PT。
2.4 Substrate specificity studies of LaPTs
底物特异性实验表明，LaPT3仅对底物2具有特异性，对其他7种结构类似物均无催化活性，这种严格的底物选择性是天然产物结构多样性的重要基础。
2.5 LaPT3 key active site analysis
通过定点突变发现，将LaPT3的N100突变为S后，产物得率降至60%；G208突变为A后，得率进一步降至29%。分子对接模拟显示这两个位点通过影响Mg2+离子结合和底物识别，在催化过程中发挥关键作用。
该研究首次在真菌中报道了以氢醌为底物催化DMAPP转移的UbiA-PT，突破了该类酶仅能利用PHB为底物的传统认知。通过关键活性位点的鉴定，为理性设计修饰UbiA-PT提供了分子基础，丰富了天然产物合成生物学所需的遗传元件库。这一发现不仅拓展了对真菌UbiA-PT功能多样性的认识，也为高效合成异戊烯化天然产物提供了新的酶催化工具。未来通过结合合成生物学与代谢工程策略，有望实现这些有价值化合物的高效生物制造，推动其在医药和功能食品领域的应用。
