ウスチロキシン生合成機構は、Aspergillus flavusとUstilaginoidea virensの間では互換性がない

Ustiloxin biosynthetic machinery is not compatible between Aspergillus flavus and Ustilaginoidea virens.

• Maiko Umemura
• Kaoru Kuriiwa
• Koichi Tamano
• Yutaka Kawarabayasi

抄録

ウスチロキシンは、リボソームで合成され、翻訳後修飾ペプチド（RiPP）としてアスコミセスで初めて報告された。元々はイネ病原菌であるウスチロキシンの代謝物として同定されていましたが、最近、カビのアスペルギルス・フラバスの代謝物の中に、対応する生合成遺伝子群と一緒に同定されました。Ustilaginoidea virensはウスチロキシンAとウスチロキシンBを産生するが、A. flavusはウスチロキシンBのみを産生する。virensでは、化合物の骨格が切断されて環化されたウスシロキシン前駆体ペプチドは、それぞれウスシロキシンAおよびBのコアペプチドであるTyr(Y)-Val(V)-Ile(I)-Gly(G)およびTyr(Y)-Ala(A)-Ile(I)-Gly(G)を含むのに対し、A. flavusではYAのみを含む。本研究では、A. flavusの前駆体ペプチドであるustAをコードする遺伝子を、コアペプチドであるYVIGまたはFAIGをコードする合成遺伝子に置き換え、ウスチロキシン生合成機構との適合性を調べた。また、YAIGコアペプチドの環化におけるTyrの芳香環上の水酸基の重要性を調べた。その結果、A. flavusとU. virensのウスチロキシン生合成遺伝子クラスターには13個の相同遺伝子が存在するにもかかわらず、YVIGコアペプチドを持つustA変異体は検出可能な量のウスチロキシンAを産生しなかった。置換合成遺伝子の発現不足や不足によるものではないことを確認した。この結果は、A. flavusとU. virensのUstYaとUstYbの一次配列の違いとともに、ウシロキシン生合成機構がネイティブのコアペプチド配列に最適化されていることを示唆している。合成されたFAIGをコードするustAからは、FAIGコアペプチドに特異的な化合物は得られなかったことから、コアペプチドのTyrの芳香環上の水酸基は、構造的には環化に関与していないにもかかわらず、コアペプチドの環化に不可欠であることが示唆された。

Ustiloxins are ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides (RiPPs) first reported in Ascomycetes. Originally identified as metabolites of the rice pathogenic fungus Ustilaginoidea virens, they were recently identified among the metabolites of the mold Aspergillus flavus, along with their corresponding biosynthetic gene cluster. Ustilaginoidea virens produces ustiloxins A and B, whereas A. flavus produces only ustiloxin B. Correspondingly, in U. virens, the ustiloxin precursor peptide, from which the compound backbone is cleaved and cyclized, contains the core peptides Tyr(Y)-Val(V)-Ile(I)-Gly(G) and Tyr(Y)-Ala(A)-Ile(I)-Gly(G) for ustiloxins A and B, respectively, whereas that of A. flavus contains only the YAIG motif for ustiloxin B. In this study, the gene that encodes the precursor peptide in A. flavus, ustA, was replaced with synthetic genes encoding the core peptides YVIG or FAIG, to investigate their compatibility with the ustiloxin biosynthetic machinery. We also examined the importance of the hydroxyl group on the aromatic ring of Tyr for cyclization of the YAIG core peptide. Against our expectation, the ustA variant possessing YVIG core peptides did not produce a detectable amount of ustiloxin A, even though the ustiloxin biosynthetic gene clusters of A. flavus and U. virens both contain 13 homologous genes. We confirmed that the lack of ustiloxin A production was not due to lack or insufficient expression of the substituted synthetic gene. This result, along with the differences between the primary sequences of UstYa and UstYb in A. flavus and U. virens, suggests that the ustiloxin biosynthetic machinery is optimized for the native core peptide sequences. The synthetic FAIG-encoding ustA did not yield any compounds specific to the FAIG core peptide, suggesting that the hydroxyl group on the aromatic ring of Tyr in the core peptide is indispensable for cyclization of the core peptide, even though it is not structurally involved in the cyclization.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.