萜类化合物是天然产物中数量最庞大的家族，具有重要的生物学功能和药用价值;萜类环化酶(terpene cyclases, TCs)催化精细复杂的环化反应，生成多样化的萜类骨架，是萜类化学结构多样性的基础。中国科学院昆明植物研究所植物化学与天然药物全国重点实验室黎胜红研究团队长期致力于新颖萜类化合物的发现、生物/化学合成及生物功能研究。团队前期发现药用植物火把花(Colquhounia coccinea var. mollis)腺毛富含一类具有防御功能和抗炎免疫等活性的新颖骨架二倍半萜(命名为火把花烷)(Org. Lett. 2013, 15: 1694)，并从其内生真菌深绿木霉菌(Trichoderma atroviride B7)中分离鉴定了系列抗菌活性哈茨木霉烷和木霉素二萜化合物(Phytochemistry 2020, 170: 112198)。近日，团队成功从木霉属真菌中挖掘并鉴定了一类新颖的非典型萜类环化酶，解析了木霉属特征二萜的生物合成及生物学功能。

研究团队通过酶活性导向蛋白分离，结合比较转录组分析，从木霉属中挖掘到一类新型萜类环化酶TriDTCs，通过异源表达、基因敲除和体外酶活实验鉴定了其功能。发现TriDTCs催化二萜直链前体GGPP环化生成哈茨木霉烷骨架化合物harzianol I和木霉素骨架化合物wickerol A。TriDTCs代表了一类全新的TCs，不包含可识别的酶功能域和经典TCs的保守序列。在催化机制研究中，发现TriDTCs可能利用独特的天冬氨酸三联体DxxDxxxD启动环化反应，利用关键缬氨酸残基调控产物特异性，并通过“门控”残基维持酶活性。系统进化分析表明，TriDTCs仅分布于三个真菌属中，且在木霉属内具有高度功能特异性，暗示其起源于木霉属且具备独立进化历程。生物功能研究显示，TriDTCs通过催化产生harzianol I调控真菌抗性繁殖体(木霉属厚垣孢子和米曲霉菌核)的形成，从而参与真菌生存策略。

该研究破解了木霉属特征二萜生物合成之谜，发现了一类全新的萜类环化酶亚家族，拓展了萜类环化酶多样性及生物学意义的认识，为哈茨木霉烷和木霉素二萜的合成生物学制造及深入研究与开发利用奠定了重要基础。该研究还首次报道了天然产物调控真菌抗性繁殖体形成，为提高木霉菌生物防治效能提供了新策略。研究结果以Noncanonical terpene cyclases for the biosynthesis of diterpenoids regulating chlamydospore formation in plant-associated Trichoderma为题发表于国际著名期刊Nature communications(2025, 16: 7823)，中国科学院昆明植物研究所博士后杨敏杰为论文的第一作者，中国科学院昆明植物研究所/成都中医药大学黎胜红研究员和刘燕教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(82222072、22107103、U23A20510)，中国科学院战略性先导科技专项(XDB1230000)，中国博士后科学基金(2021M703285)，云南省自然科学基金(202401BC070016)以及云南省兴滇英才支持计划青年人才专项(XDYC-QNRC-2024-560)的支持。

图1 TriDTCs催化哈茨木霉烷和木霉素二萜合成及调控真菌抗性孢子生成功能示意图