Cyclo(Pro-Val) is a diketopiperazine (DKP) found widespread in marine microbes and resulting food products. With new bioactivities of cyclo(Pro-Val) being continually discovered, its potential applications in agriculture and food are becoming more evident, highlighting the need for efficient and practical methods to produce these compounds. However, the biosynthesis mechanisms of cyclo(Pro-Val), particularly in probiotics, remain unclear, and the functional identification of nonribosomal peptide synthases (NRPS) is still limited. This study presents a new efficient cyclo(Pro-Val) production system using the marine probiotic Meyerozyma guilliermondii (M. guilliermondii) GXDK6 as a chassis cell. We further characterized an NRPS-like gene, LYS2, which spans 3825 bp and encodes an l-2-amino-hexanedioic acid reductase (Lys2p) consisting of 1274 amino acids. A novel macrocyclization mechanism was revealed involving the peptide N-terminal and C-terminal imines mediated by Lys2p through nucleophilic reactions. Overexpressing LYS2 in GXDK6 resulted in a 45.5% increase in cyclo(Pro-Val) production, while knockout LYS2 completely halted its synthesis. This study revealed a novel metabolic regulatory pathway and biosynthetic mechanism for cyclo(Pro-Val) in marine yeast M. guilliermondii GXDK6. Refactoring the biosynthetic pathway in yeast through LYS2 provides an alternative approach for producing cyclo(Pro-Val).

中文翻译：

---

NRPS 样基因 LYS2 有助于多胁迫耐受芳香族益生菌 Meyerozyma guilliermondii GXDK6 中环 （Pro-Val） 的生物合成


Cyclo（Pro-Val） 是一种二酮哌嗪 （DKP），广泛存在于海洋微生物和由此产生的食品中。随着环 （Pro-Val） 的新生物活性不断被发现，其在农业和食品中的潜在应用越来越明显，这凸显了生产这些化合物的高效实用方法的必要性。然而，环 （Pro-Val） 的生物合成机制，特别是在益生菌中，仍不清楚，非核糖体肽合酶 （NRPS） 的功能鉴定仍然有限。本研究提出了一种新的高效循环 （Pro-Val） 生产系统，使用海洋益生菌 Meyerozyma guilliermondii （M. guilliermondii） GXDK6 作为底盘细胞。我们进一步表征了一个 NRPS 样基因 LYS2，该基因跨度为 3825 bp，编码由 1274 个氨基酸组成的 l-2-氨基-己二酸还原酶 （Lys2p）。揭示了一种新的大环化机制，涉及 Lys2p 通过亲核反应介导的肽 N 端和 C 端亚胺。在 GXDK6 中过表达 LYS2 导致环 （Pro-Val） 产生增加 45.5%，而敲除 LYS2 完全停止其合成。本研究揭示了海洋酵母 M. guilliermondii GXDK6 中环 （Pro-Val） 的一种新的代谢调控途径和生物合成机制。通过 LYS2 重构酵母中的生物合成途径为产生环 （Pro-Val） 提供了一种替代方法。