Deciphering the biosynthetic pathways of PKS-NRPS derived metabolites from the endophytic fungus Sarocladium zeae : Elucidation of pyrrocidines biosynthesis
Décryptage des voies biosynthétiques de métabolites dérivés de PKS-NRPS chez le champignon endophyte Sarocladium zeae : élucidation de la biosynthèse des pyrrocidines
Résumé
Endophytic microorganisms often play a role in the defense of their host plant by producing metabolites with antifungal or antibiotic activities. This is the case of the maize endophytic fungus Sarocladium zeae which produces complex molecules named pyrrocidines. A linear precursor of these polycyclic compounds is biosynthesized by a PKS-NRPS megaenzyme and transformed by auxiliary enzymes catalyzing various types of cyclizations and redox reactions. From the sequenced fungal genome, we could generate gene knock-out mutants et identify the biosynthetic gene cluster (BGC) of pyrrocidines including six genes coding for auxiliary enzymes. The culture of the different mutants allowed us to isolate new metabolites and, although these molecules are not biosynthetic intermediates, we could propose a function to each auxiliary enzymes and establish the biosynthetic pathway. The role of pyrrocidines in the antagonistic interaction between S. zeae and Fusarium verticillioides have been assessed and we showed that pyrrocidine production slow down the growth of the pathogen, which is in good agreement with the reported protective effect of S. zeae on maize. Reconstitution of the first steps of the biosynthesis were initiated in yeast. The genetic constructions were performed but the production of the expected metabolites remained unsuccessful. Two other BGC involving a PKS-NRPS were identified in the genome of S. zeae and studied. However, neither gene inactivation approach nor transcription factors overexpression strategy allowed us to link a metabolite. This BGC keep silent in laboratory culture conditions.
Les micro-organismes endophytes ont souvent un rôle de défense de la plante hôte en produisant des métabolites à activité antibactérienne ou antifongique. C’est le cas de Sarocladium zeae, champignon endophyte du maïs, qui produits des molécules complexes, les pyrrocidines. Ce sont des molécules polycycliques dont le précurseur linéaire, issu d’une mégasynthase PKSNRPS, est transformé par des enzymes faisant intervenir différents types de cyclisations et d’oxydoréductions. Le génome ayant été séquencé, nous avons pu construire des mutants et déterminer le cluster de gènes de biosynthèse (BGC) impliqué qui comprend, entre autres, six gènes codant pour des enzymes auxiliaires. La culture des différents mutants a permis d’isoler de nouveaux métabolites et bien qu’ils ne soient pas des intermédiaires, nous avons pu proposer une fonction pour chaque enzyme auxiliaire et élaborer un schéma de biosynthèse. Le rôle des pyrrocidines dans l’interaction antagoniste entre S. zeae et Fusarium verticillioides a été évalué et nous avons montré que la production des pyrrocidines ralentit la progression de l’agent pathogène, en accord avec le rôle protecteur de S. zeae dans le maïs. Des essais de reconstitutions de la voie de biosynthèse chez la levure ont été initiés. Les constructions génétiques ont été réalisées mais la production des métabolites escomptés est restée sans succès. Deux autres clusters comprenant chacun un gène codant une PKS-NRPS ont été identifiés dans le génome de S. zeae, mais aucun métabolite n’a pu être lié, ni par une étude d’inactivation des gènes ni par surexpression des facteurs de transcription. Ces BGC sont silencieux dans les conditions de culture de laboratoire.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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