近日，我院张琪教授团队联合国内外合作者，在达罗肽(daropeptide)类天然产物及其生物学功能研究中取得重要进展。研究团队从昆虫病原线虫的共生细菌Photorhabdus中发现了一种新型细菌来源的达罗肽aphotorhaptin A，并系统揭示了其独特结构、生物合成过程及对线虫发育和繁殖的调控作用，证实其为一类全新的线虫信息素。相关成果以“An N-acetylated daropeptide modulates nematode development”为题发表于国际著名学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS）。该工作由张琪教授团队联合中国科学院长春应用化学研究所、英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）、上海交通大学等单位合作完成；江西师范大学为论文第一完成单位。
在自然界中，Photorhabdus细菌与Heterorhabditis昆虫病原线虫形成高度协同的共生关系：线虫携带细菌进入昆虫体内，细菌帮助杀死昆虫宿主并提供营养，线虫则完成生长、繁殖和下一轮传播。这一“细菌—线虫—昆虫”三方体系本身就是自然界中高效运行的生物防治系统。然而，细菌如何通过化学信号协调线虫的发育进程，长期以来并不清楚。
图1 aphotorhaptin A的发现、结构鉴定及其生物合成途径
研究团队发现，aphotorhaptin A是一种全新含有N端乙酰化修饰结构的达罗肽，后者属于核糖体合成与翻译后修饰肽（RiPPs）大家族。aphotorhaptin A分子中关键的醚键交联结构由PasB酶催化形成。而负责乙酰化的酶PasC具有罕见的底物广谱性，能够接受多种酰基辅酶A和不同肽底物，为进一步人工构建结构多样的信号分子提供了新的酶催化工具。
更重要的是，aphotorhaptin A并不像同类达罗肽抗生素darobactin那样杀伤细菌，而是在低纳摩尔浓度下显著改变线虫的生命进程。30 nM aphotorhaptin A使完成L3至L4发育转变的线虫比例平均提高约29个百分点，早期胚胎产量提高约60%，并使平均寿命缩短约2.2天；其发育促进作用还依赖线虫保守的DAF-16调控通路。结构类似物的对比实验进一步表明，醚键交联和N端乙酰基都是产生这一生物效应所必需的。由此，研究团队将一类过去主要与抗菌活性相关的天然产物，拓展为参与细菌—动物跨界交流的化学语言。
图2 aphotorhaptin A对线虫发育、繁殖和寿命的调控作用
昆虫病原线虫已被用于地下害虫、蛴螬及多种农业害虫的绿色防控，但其规模化繁育、田间适应性和防治稳定性仍有提升空间。aphotorhaptin A提供了一个可以被化学合成、酶法改造和遗传调控的分子抓手。未来若在Heterorhabditis—Photorhabdus天然共生体系和真实昆虫宿主中得到进一步验证，这类分子有望用于预激活有益线虫、调节其发育与繁殖节律、提高制剂生产效率和虫体侵染能力，也可能通过改造共生细菌，构建能够按需释放信号分子的下一代活体生防系统。未来农业害虫防治未必只依赖直接杀虫，也可以通过操控共生体系内部的“化学对话”，放大自然天敌原有的防控能力。该研究或许为发展精准和可持续的生物防治技术提供了新的思路和起点。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2617449123
[三审三校：张 琪 胡晓玉 梅 云]
