Dynamic regulation of Monascus azaphilones biosynthesis by the binary MrPigE-MrPigF oxidoreductase system
Dynamic regulation of Monascus azaphilones biosynthesis by the binary MrPigE-MrPigF oxidoreductase system
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二元MrPigE-MrPigF氧化还原酶系统动态调控红曲氮杂酮生物合成
DOI：
10.1007/s00253-022-12219-z
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发表时间：
2022-10
影响因子：
5
通讯作者：
Mu Li
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yali Duan;Hongmin Ma;Xuetuan Wei;Mu Li
红曲霉氮杂酮 (MAs) 作为天然食品着色剂已被广泛应用。 MA分为三类：黄色MA（YMA）、橙色MA（OMA）和具有各种生物活性的红色MA。然而，OMA和YMA的确切生物合成机制尚未完全阐明。首先，我们鉴定了转录因子MrPigB的四个DNA结合残基，并构建了MrPigB的多位点饱和诱变文库。然后，比较突变体的代谢和基因表达表明，两种氧化还原酶MrPigE和MrPigF负责YMA和OMA的形成。最后，体外和体内测定证明了 MrPigE 和 MrPigF 在 OMA 转化为 YMA 中的相反作用。据我们所知，这是用于动态调节真菌次生代谢物生物合成的二元氧化还原酶系统的首次报道。从广义上讲，我们的工作还展示了用于阐明次级代谢物生物合成途径的转录因子工程策略。要点： • MrPigE 将橙色红曲氮杂酮转化为黄色红曲氮杂酮 • MrPigF 氧化中间体得到橙色红曲氮杂酮 • MrPigE 和 MrPigF 构成红曲氮杂酮生物合成中的二元系统。
Monascus azaphilones (MAs) have been extensively applied as natural food coloring agents. MAs are classified into three categories: yellow MAs (YMAs), orange MAs (OMAs), and red MAs with various biological activities. However, the exact biosynthetic mechanism of OMAs and YMAs are not thoroughly elucidated. Firstly, we identified four DNA-binding residues of transcription factor MrPigB and constructed a multi-site saturation mutagenesis library of MrPigB. Then, comparative metabolite and gene expression of the mutants revealed that two oxidoreductases MrPigE and MrPigF were responsible for the formation of YMAs and OMAs. Finally, the in vitro and in vivo assays demonstrated the opposite roles of MrPigE and MrPigF in conversion of OMAs to YMAs. To our knowledge, this is the first report of a binary oxidoreductase system for dynamic regulation of fungal secondary metabolite biosynthesis. Broadly, our work also demonstrates the transcription factor engineering strategy for elucidating the biosynthetic pathway of secondary metabolite. KEY POINTS: • MrPigE converts orange Monascus azaphilones to yellow Monascus azaphilones • MrPigF oxidizes intermediates to afford orange Monascus azaphilones • MrPigE and MrPigF constitute a binary system in Monascus azaphilones biosynthesis.
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