Rational investigation of fungal ribosomal peptide biosynthetic pathways

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26505015
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 梅村 舞子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究グループ付 (00552259)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 糸状菌 / 二次代謝経路 / リボソームペプチド

Outline of Annual Research Achievements

糸状菌は多様な生理活性物質を産生することで知られる。その生合成経路は、医薬品や農薬となりうる化合物の合成と生産に役立つ重要な遺伝子資源である。近年申請者により、糸状菌Aspergillus flavusにおいて、二次代謝物質ustiloxinの生合成経路が同定された。代謝物中間体および遺伝子配列の詳細な解析により、本経路は、化合物の骨格構造がペプチド鎖として遺伝子に直接書き込まれた、糸状菌で初めてのリボソームペプチド生合成（ust-RiPS）経路の例であることが明らかになった。本研究課題では、同種の経路をAspergillus属を中心に探索し、遺伝子破壊と代謝物測定から当該生合成経路と化合物のセットを同定することを目的とする。
H26およびH27年度には、10種類のAspergillus属菌株を入手して当該経路の探索を進めた。結果、ustiloxin生合成経路を見出したA. flavusにおいて、新たに2つのust-RiPS経路および化合物のセット候補を見出した。さらにうち1つについて構造同定を行った結果、予想通り、前駆体ペプチド配列が環状になった新規リボソームペプチドであった。
H28年度は、もう1つの経路―化合物候補について精製を進め、構成アミノ酸同定およびNMR測定により、こちらもやはり前駆体ペプチド配列が環状になった新規リボソームペプチドであることを同定した。その他、複数の培養条件下で取得した遺伝子発現情報から、機能している当該経路候補を絞り込み、化合物探索を行った。さらなる該当化合物の発見には至らなかったが、骨格構造の全く異なる新規RiPS経路および化合物のペアをustiloxinに加えて2つ見出したことにより、ust-RiPS経路が多様な環状ペプチドを生合成する1つの大きな糸状菌二次代謝経路のクラスであることを示した。

Research Products

• [Journal Article] Unveiling the biosynthetic pathway of the ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide ustiloxin B in filamentous fungi (2016)
  • Author(s): Y. Ye, A. Minami, Y. Igarashi, M. Izumikawa, M. Umemura, N. Nagano, M. Machida, T. Kawahara, K. Shin-ya, K. Gomi, and H. Oikawa
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 55 Pages: 8072-8075
  • DOI: 10.1002/anie.201602611
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome sequence of Ustilaginoidea virens IPU010, a rice pathogenic fungus causing false smut (2016)
  • Author(s): T. Kumagai, T. Ishii, G. Terai, M. Umemura (CA), M. Machida, and K. Asai
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 4 Pages: e00306-16
  • DOI: 10.1128/genomeA.00306-16
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Engineering Aspergillus sesquiterpene synthases in Escherichia coli (2016)
  • Author(s): M. Umemura, A. Jervis, N. Rattray, K. Tomii, R. Breitling, E. Takano
  • Organizer: Synthetic Biology UK 2016
  • Place of Presentation: Dynamic Earth, Edinburgh, UK
  • Year and Date: 2016-11-14 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ribosomal peptide biosynthetic pathways widely conserved in filamentous fungi (2016)
  • Author(s): M. Umemura, N. Nagano, A. Yoshimi, Y. Ye, A. Minami, K. Abe, K. Shin-ya, H. Oikawa, M. Machida
  • Organizer: 2016 SIMB Annual Meeting and Exhibition
  • Place of Presentation: Sheraton Hotel, New Orleans, US
  • Year and Date: 2016-07-24 – 2016-07-28
  • Int'l Joint Research / Invited