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古树大理茶优势内生真菌1个新四氢-β-咔啉二酮哌嗪的分离鉴定

2023-08-20程璐瑶陈肖学张颖君黄永林朱国磊李娜赵平

广西植物 2023年7期
关键词:内生真菌

程璐瑶 陈肖学 张颖君 黄永林 朱国磊 李娜 赵平

摘 要:  为挖掘古树大理茶优势内生真菌间座壳属菌株Diaporthe tectonigena的化学成分,该研究采用硅胶、大孔吸附树脂Diaion HP20、葡聚糖凝胶LH-20等柱层析方法,对该菌株的大米固态发酵提取物进行分离纯化,并通过HRMS、1H-NMR、13C-NMR、HSQC、HMBC和COSY等波谱分析,对所得化合物进行结构鉴定。结果表明:(1)从该菌株大米固态发酵提取物中分离得到4个化合物,其中新化合物1鉴定为四氢-β-咔啉二酮哌嗪类生物碱,命名为tectonicgenazine A。(2)3个已知化合物分别鉴定为trans-cyclo-(D-tryptophanyl-L-tyrosyl)(2)、1H-吲哚-3-羧酸-2,3-二羟基丙酯(3)和N-羟乙基-2-乙酰基吡咯(4),其中化合物3为首次从自然界中分离所得。

关键词: 大理茶, 内生真菌, 间座壳属, 固态发酵, 二酮哌嗪

中图分类号:  Q946

文献标识码:  A

文章编号:  1000-3142(2023)07-1252-06

收稿日期:  2022-08-05

基金項目:  国家自然科学基金(32060107, 32060327); 云南省教育厅科学研究基金(2021Y215)。

第一作者: 程璐瑶(1999-),硕士研究生,研究方向为天然产物化学,(E-mail)1579193972@qq.com。

通信作者:  赵平,博士,研究员,研究方向为天然产物化学,(E-mail)hypzhao2022@163.com。

Isolation and identification of a new tetrahydro-β-

carboline diketopiperazine from a predominant

endophytic fungus in ancient Camellia taliensis

CHENG Luyao1, CHEN Xiaoxue1, ZHANG Yingjun2, HUANG Yonglin3,

ZHU Guolei1, LI Na2, ZHAO Ping1*

( 1. Key Laboratory of State Forestry and Grassland Administration on Highly-Efficient Utilization of Forestry Biomass Resources in Southwest

China, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2. State Key Laboratory of Phytochemistry and Plant Resources in West

China, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Functional Phytochemicals

Research and Utilization, Guangxi Institute of Botany, Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences, Guilin 541006, Guangxi, China )

Abstract:  To investigate the chemical constituents of Diaporthe tectonigena, a predominant endophytic fungus in the ancient tea tree of Camellia taliensis, the rice solid-state fermentation extract was isolated and purified by silica gel, Diaion HP20 and Sephadex LH-20 column chromatographies, and the chemical structures were elucidated by extensive HRMS, 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC and COSY  spectroscopic analyses. The results were as follows: (1) Four compounds were isolated from the rice solid-state fermentation extract of Diaporthe tectonigena, including a new tetrahydro-β-carboline diketopiperazine alkaloid named tectonicgenazine A (1). (2) Three known compounds, trans-cyclo-(D-tryptophanyl-L-tyrosyl) (2), 1H-indole-3-carboxylic acid-2,3-dihydroxypropyl ester (3) and N-hydroxyethyl-2-acetylpyrrole (4) were obtained and identified, and Compound 3 was isolated from nature for the first time.

Key words: Camellia taliensis, endophytic fungus, Diaporthe, solid-state fermentation, diketopiperazine

云南省野生茶樹资源种类繁多,被世界公认为茶树的原产地和起源中心,其中大理茶(Camellia taliensis)主要分布于云南西部和西南部,是云南省野生茶树资源中分布最广、面积最大、适应性最强的一个茶树种群资源(侯宽昭,1998;段志芬等,2019;王新超等,2022;唐小艳等,2022)。作为栽培茶树的重要野生近缘植物,大理茶具有进化上原始、抗逆性强、含有特异生化成分等特性,是极为宝贵的茶树遗传资源,对于茶树品种的遗传改良等具有重要意义(杨盛美等,2020;李荣姣等,2020)。云南省凤庆县小湾镇香竹箐1号古茶树“锦秀茶祖”是优质的大理茶资源,被认为是世界上现存最古老、最粗大的栽培型古茶树(杨崇仁等,2021)。“锦秀茶祖”至今常年枝繁叶茂,提示其体内可能拥有较为完备的微生态系统,对增强其环境适应性发挥着重要作用。研究发现源自“锦秀茶祖”健康枝叶的内生真菌群落表现出较高的物种丰富度、多样性和均匀度,且大多数内生真菌普遍具有较强的植物病原真菌拮抗活性(陈肖学,2019;Chen et al., 2019;陈建英等,2020),同时也发现间座壳菌科(Diaporthaceae)间座壳属(Diaporthe)真菌D. tectonigena为“锦秀茶祖”枝条中的优势内生真菌之一(陈肖学,2019;Chen et al., 2019)。

已有研究表明,间座壳属真菌在世界范围内分布广泛(杨琴,2019;龙慧,2020),从该属真菌中已发现有聚酮类、生物碱类、萜类、蒽醌类等结构新颖的次生代谢产物,它们具有显著的抗肿瘤、抗菌、抗高脂血症等生物活性(蔡佳等,2021;Nagarajan et al., 2021;Sun et al., 2021;Xu et al., 2021)。此外,该属真菌还可用于瑞香科(Thymelaeaceae)土沉香(Aquilaria sinensis)木材的菌纹形成(何海珊等,2019)。2017年,Diaporthe tectonigena首次从泰国北部的柚木(Tectona grandis)(Doilom et al., 2017)中分离得到,并鉴定为新种,随后高雅慧等(2017)、Zhao等(2022)先后从大豆(Glycine max)及云南产小叶茶(Camellia sinensis var. sinensis)中分离得到。目前为止,关于该内生真菌Diaporthe tectonigena的研究主要集中于种类鉴定,对其次生代谢产物的研究未见报道。本研究采用硅胶、大孔吸附树脂Diaion HP20、葡聚糖凝胶LH-20等柱层析方法,结合MS和NMR波谱技术手段,对香竹箐1号古树大理茶“锦秀茶祖”健康枝条中优势内生真菌D. tectonigena大米固态发酵提取物中的次生代谢产物进行分离鉴定,以期为该菌株活性天然产物的进一步挖掘和开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试内生真菌菌株分离自云南省凤庆县小湾镇香竹箐1号古树大理茶健康无症状的幼嫩枝条,经形态鉴别和分子生物学鉴定为间座壳菌科间座壳属Diaporthe tectonigena(Chen et al., 2019),冻存于实验室-80 ℃超低温冰箱中。

1.2 实验试剂和仪器

试剂:甲醇(天津市大茂化学试剂厂,中国)、氯仿(天津市富宇精细化工有限公司,中国)、乙酸乙酯(云南汕滇药业有限公司,中国),以上试剂均为化学纯;Diaion HP20(Mitsubishi Chemical Corporation);200~300目柱层析硅胶(青岛海洋化工有限公司,中国);Sephadex LH-20(GE Healthcare,美国)。仪器:Bruker DRX-400和Burker DRX-500超导核磁共振仪(Bruker公司,德国);API QSTAR Pular-1质谱仪(Applied Biosystems,美国);Agilent G6230 TOF 质谱仪(Applied Agilent Technologies,美国);超净工作台(苏净集团苏州安泰空气技术有限公司,中国);HVE-50KB高压蒸汽灭菌锅(华粤行仪器有限公司,中国);PQX-308D多段可编程人工气候箱(宁波东南仪器有限公司,中国);CP224C型电子天平[奥豪斯仪器(上海)有限公司,中国];超纯水仪(Merck Millipore,德国);电热恒温水浴锅(山西省水文医疗器械厂,中国);N-1001型EYELA旋转蒸发仪(日本东京理化器械有限公司,日本)。

1.3 实验方法

将菌株Diaporthe tectonigena接到PDA培养基上进行活化,用灭菌后的打孔器切取菌饼接入100 mL PDB培养基置于摇床上,在27 ℃、140 r·min-1条件下培养7 d。吸取5 mL发酵液加至250 mL发酵瓶中,每瓶大米固体培养基(大米30 g,蒸馏水45 mL)合计16 kg于27 ℃条件下静止培养40 d。将已发酵的大米发酵物转移至适当容器中,用适量乙酸乙酯浸泡并超声辅助提取5次,合并滤液,浓缩得到乙酸乙酯提取物(297.82 g);滤渣用适量甲醇浸提3次,合并滤液浓缩得到甲醇提取物(2 029.14 g)。

乙酸乙酯部分经硅胶柱层析(63 cm×9.5 cm),用石油醚∶乙酸乙酯(80∶1→1∶1)、氯仿∶甲醇(80∶1→0∶1)进行梯度洗脱,经TLC检测合并相同组分,得到Fr.1~Fr.16。Fr.15(19.87 g)经Sephadex LH-20柱(50 cm×8 cm)层析,以100%甲醇作为洗脱剂进行洗脱,合并后得到3个组分(Fr.15-1~Fr.15-3)。Fr.15-2(15.25 g)经硅胶柱(50 cm×4.8 cm)层析,用氯仿∶甲醇∶水(60∶1∶0→8∶2∶0.2)进行洗脱,合并得到8个组分(Fr.15-2-1~Fr.15-2-8)。Fr.15-2-2(2.28 g)经Sephadex LH-20柱(45 cm×4 cm)层析,用100%甲醇洗脱,得到化合物1(9.0 mg)。组分Fr.15-2-4(6.90 g)经Sephadex LH-20柱(55 cm×4 cm)层析,用100%甲醇洗脱,得到化合物2(11.0 mg)和3(13.0 mg)。

甲醇部分经Diaion HP20柱(60 cm×7.5 cm)层析,水洗除杂后依次用40%、60%、80%、100%甲醇进行洗脱,合并得到4个组分(Fr.1~Fr.4)。Fr.1经Sephadex LH-20柱層析,用100%甲醇洗脱,得到3个组分(Fr.1-1~Fr.1-3)。其中Fr.1-2(9.39 g)经硅胶柱(50 cm×4 cm)层析,用氯仿∶甲醇(30∶1、20∶1)和100%甲醇梯度洗脱,得到化合物4(5.0 mg)。

2 结果与分析

从内生真菌Diaporthe tectonigena大米固态发酵提取物中分离得到4个化合物,经1D-NMR、2D-NMR和HRMS分析,化合物1鉴定为新的四氢-β-咔啉二酮哌嗪,3个已知化合物分别鉴定为trans-cyclo-(D-tryptophanyl-L-tyrosyl)(2)(Ivanova et al., 2013)、1H-吲哚-3-羧酸-2,3-二羟基丙酯(1H-indole-3-carboxylic acid-2,3-dihydroxypropyl ester)(3)(Suvorov & Golubev, 1967)和N-羟乙基-2-乙酰基吡咯(N-hydroxyethyl-2-acetylpyrrole)(4)(Zou et al., 2013)。

化合物1为无定形白色粉末,ESI+-MS质谱显示其准分子离子峰m/z 382  [M+Na]+,HR-ESI+-MS质谱显示准分子离子峰m/z 382.152 7  [M+Na]+ (calcd, 382.152 6)。经13C-NMR和 DEPT分析,化合物1中22个碳信号,其中包括1个伯碳(CH3)、2个仲碳(CH2)、12个叔碳(CH)、7个季碳(C),推测化合物1的分子量为359,分子式为C22H21N3O2,不饱和度为14。

1H-NMR谱显示,化合物1含有1个1,2-二取代苯 [δ: 7.16(1H,d,J = 7.8 Hz,H-12), 6.95(1H,t,J = 7.0 Hz,H-13), 7.08(1H,m,H-14), 7.25(1H,d,J = 8.1 Hz,H-15)]和1个A2B2偶合系统的单取代苯质子信号 [δ: 7.08(5H,m,H-18,19,20,21,22)],3个次甲基质子信号 [δ: 5.74(1H,dd,J = 7.0,3.8 Hz,H-3),4.45(1H,t,J = 3.8 Hz,H-6), 4.11(1H,dd,J = 11.8,4.1 Hz,H-9)],2个亚甲基质子信号 [δ: 2.70(2H,dd,J = 14.8,4.2 Hz,H-10),2.97(2H,dd,J = 13.9,4.9 Hz,H-16)],1个与叔碳相连的甲基质子信号 [δ: 1.48(3H,d,J = 6.9 Hz,H-1′)]。13C-NMR谱除显示除两组苯环碳信号外,还显示有2个羰基季碳 [δ: 164.5(C-5),167.9(C-8)],2个双键季碳 [δ: 132.5(C-2),105.2(C-11)],3个叔碳 [δ: 45.8(C-3),56.1(C-6), 52.2(C-9)],2个仲碳 [δ: 25.9(C-10),39.6(C-16)]和1个甲基碳信号δC 17.5(C-1′)。通过HSQC和1H-1H COSY谱分析,将化合物1的质子信号与碳信号进行一一归属(表1),进一步确定了结构中含有1个1,2-二取代苯环和1个单取代苯环,并观察到δH 4.11/δC 52.2(CH-9)与δH 2.70/δC 25.9(CH2-10)相连, δH 4.45/δC 56.1(CH-6)与δH 2.97/δC 39.6(CH2-16)相连,δH 5.74/δC 45.8(CH-3)与δH 1.48/δC 17.5(CH3-1′)相连(图2),推测化合物1含有二酮哌嗪结构。

化合物1的HMBC谱显示δH 1.48(H-1′)与δC 132.5(C-2),δH 5.74(H-3)与δC 132.5(C-2)、δC 164.5(C-5)、δC 52.2(C-9)和δC 105. 2(C-11)之间的相关,δH 4.45(H-6)与δC 164.5(C-5)、δC 167.9(C-8)之间的相关,δH 4.11(H-9)与δC 45.8(C-3)、δC 164.5(C-5)、δC 167.9(C-8)和δC 105.2(C-11)之间的相关,δH 2.70(H-10)与δC 132.5(C-2)、δC 105.2(C-11)和δC 126.0(C-11a)之间的相关(图2),进一步证明化合物1具有四氢-β-咔啉二酮哌嗪类的结构单元。δH 2.97(H-16)与δC 56.1(C-6)、δC 134.9(C-17)、δC 130.0(C-18,C-22)之间的HMBC相关,表明单取代苯通过16位的亚甲基与二酮哌嗪骨架的C-6位相连。ROESY谱进一步显示δH 5.74(H-3)/δH 4.11(H-9)/δH 2.97(H-16)、δ 1.48(CH3-1′)/δH 4.45(H-6)之间的NOE相关(图2),表明H-3、H-9和H-16处于二酮哌嗪环的同一侧,而CH3-1′和H-6位于该环的另一侧,由此表明H-3、H-6和H-9的相对构型分别为3α、6β和9α。经SciFinder数据库检索,确定化合物1为新化合物,命名为tectonicgenazine A,其化学结构如图1所示。

3 讨论与结论

本研究从香竹箐1号古树大理茶“锦秀茶祖”健康枝条中优势内生真菌Diaporthe tectonigena的大米固态发酵提取物中分离鉴定出1个新四氢-β-咔啉二酮哌嗪类生物碱tectonicgenazine A(1)和trans-cyclo-(D-tryptophanyl-L-tyrosyl)(2)、1H-吲哚-3-羧酸-2,3-二羟基丙酯(3)、N-羟乙基-2-乙酰基吡咯(4)3个已知化合物,4个化合物均为首次从该菌株中分离得到,为该菌株活性天然产物的进一步挖掘和开发利用提供了参考。化合物2于2013年首次从玫瑰小双孢菌青铜亚种(Microbispora rosea subsp. aerata)中分离所得(Ivanova et al., 2013),随后,刘震等(2018)从萝藦科(Asclepiadaceae)娃儿藤属(Tylophora)植物娃儿藤(T. floribunda)内生真菌Diaporthe sp.的乙酸乙酯提取物中亦分离得到。化合物3为首次从自然界中分离所得,是1个新的天然产物,早在1967年其作为合成吲哚甘油酯类化合物的中间体曾被报道过(Suvorov & Golubev, 1967)。化合物4于2013年首次从大戟科(Euphorbiaceae)守宫木属(Sauropus)植物龙脷叶(S. spatulifolius)中分离得到(Zou et al., 2013),此前其在一些海洋吡咯的合成中作为中间体曾被报道(Jefford et al., 1994)。四氢-β-咔啉二酮哌嗪类化合物作为特殊吲哚生物碱广泛存在于自然界中,具有抗肿瘤、抗菌等多种生物活性,并且β-咔啉类生物碱由于其具有数量多、结构相对简单的特点,已然成为咔啉类生物碱中研究最为深入的一类,二酮哌嗪结构则在药物化学中作为重要的药效基团而受到广泛关注(马养民等,2012;罗俊,2017;贾斌等,2018;丁娜,2021)。而新化合物tectonicgenazine A(1)是否也具有类似的生物活性还有待进一步证实,且Diaporthe tectonigena菌株中其他未知的二酮哌嗪类似物值得进一步深入挖掘。

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(责任编辑 周翠鸣 邓斯丽)

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