近日，中國農業科學院植物保護研究所植物病害生物防治創新團隊聯合德國馬普煤炭所、中國科學院等單位在國際知名期刊《美國化學會催化（ACS catalysis）》在線發表了題為“Biocatalytic Baeyer?Villiger Reactions: Uncovering the Source of Regioselectivity at Each Evolutionary Stage of a Mutant with Scrutiny of Fleeting Chiral Intermediates”的研究論文。該論文解析了微生物代謝途徑中Baeyer-Villiger單加氧酶的區域選擇性決定機制。   　　Baeyer-Villiger單加氧酶廣泛參與微生物代謝產物和天然產物的合成與降解過程，通過酶定向改造獲得性能優良的突變體可提高目標代謝產物的產量，或改變目標代謝產物的結構提升其活性，是創制微生物代謝產物農藥的重要技術手段之一。本團隊前期通過定向改造方法成功反轉了Baeyer-Villiger單加氧酶TmCHMO對鏈式酮底物的區域選擇性（ J. Am. Chem. Soc.  2018,  140 , 10464-10472），然而決定其區域選擇性反轉的調控機制尚不清楚。   　　本論文解析了Baeyer-Villiger單加氧酶TmCHMO對鏈式酮底物4-苯基-2-丁酮的區域選擇性的控制機制。作者首先構建了最優突變體LGY3-D-E1中4個點突變的所有突變組合，并測定了這些突變體催化4-苯基-2-丁酮單加氧反應的區域選擇性。隨后，系統分析了不同突變位點之間的協同和拮抗作用，從中選取了一條有利的路徑進行深入解析。通過研究該路徑中突變體的晶體學，成功解析了單突變L437T的晶體結構。在此基礎上，采用量子化學計算的方法對最優路徑中的野生酶及四個突變酶的反應路徑和選擇性進行了計算模擬，通過對生成不同產物對應的過渡態結構進行分析，精確解析了區域選擇性的反轉機制。尤為值得關注的是，研究發現定向進化路徑中的不同突變會影響Criegee過渡態中間體的立體構型，進而影響反應的區域選擇性。該成果為Baeyer-Villiger單加氧酶的進一步改進和應用奠定了基礎，推動了該酶在微生物代謝產物農藥研究中的應用，具有重要的理論意義和應用價值。   　　中國農業科學院植物保護研究所董義杰博士后（已出站）為本論文的共同第一作者（排名第一），李廣悅研究員為共同通訊作者。相關研究工作得到了中國農業科學院科技創新工程農科英才項目和國家自然科學基金項目的資助。   　　全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00415