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2021年12月14日，国际学术期刊mBio在线发表了王成树研究组题为“Inductive production of the iron-chelating 2-pyridones benefits the producing fungus to compete for diverse niches”的研究论文。该工作报道了昆虫病原真菌球孢白僵菌同其他真菌竞争时，诱导产生具有铁离子螯合活性的2-吡啶酮(2-pyridone)类化合物，帮助白僵菌拮抗其他真菌、应对贫铁或富铁微环境等。
球孢白僵菌广泛用于农林业害虫生物防治，该菌基因组含有合成不同活性成分的次级代谢基因簇，但在正常培养条件下多呈现为沉默状态，不同基因簇负责代谢产物的结构、活性、合成机理与生物学功能等多不清楚。研究组前期研究表明，球孢白僵菌与罗伯茨绿僵菌混合感染昆虫时，前者表现为“弱者”的角色，即相同孢子浓度下无法同绿僵菌竞争感染同一昆虫个体；但在离体培养条件下，球孢白僵菌可以抑制及排斥绿僵菌的生长，从而表现出适应性的环境竞争 (J. Fungi, 2021)，但涉及的机理不清楚。
球孢白僵菌（左）与罗伯茨绿僵菌（中）混合感染昆虫（右）
该论文研究发现，白僵菌和绿僵菌混菌发酵可诱导一类新型化合物的产生。结构鉴定表明该类化合物为2-吡啶酮类生物碱，由保守的聚酮合成酶和非核糖体多肽合成酶（PKS-NRPS）TenS基因簇负责合成，该基因簇只存在于白僵菌中，且在纯培养时表现为沉默现象。针对该基因簇进行结构分析与功能验证，获得负责调控tenS基因簇的特异性转录调控因子TenR。利用tenR过表达菌株进一步开展基因缺失及产物分离鉴定，获得7种新化合物；尤其是发现TenS基因簇外的一对糖基及甲基转移酶负责主产物15-hydroxytenellin (15-HT)的糖基化修饰。实验证明，15-HT能够竞争结合铁离子，抑制绿僵菌孢子萌发与生长，从而帮助白僵菌拮抗绿僵菌。另外研究发现，tenR过表达菌株还能够更好地适应富铁或贫铁培养基条件，增强了对昆虫的杀虫毒力等。该工作丰富了2-吡啶酮类生物碱的生物合成与调控机制，证明具有铁螯合功能的15-HT对于白僵菌具有重要的生态学功能。
白僵菌合成2-吡啶酮及其系列前体和衍生物（红色标记为新鉴定的化合物）