基于基因组挖掘的农抗120活性成分制霉菌素和丰加霉素的发现和鉴定

【目的】分析刺孢吸水链霉菌北京变种(农抗120产生菌)基因组和次级代谢产物组分,研究并鉴定农抗120产生菌中未被发现的活性组分。【方法】利用antiSMASH在线分析农抗120产生菌Streptomyces hygrospinosusvar.beijingensis基因组信息,锁定可能的制霉菌素和丰加霉素生物合成基因簇。利用HPLC和LC-MS等分析方法对农抗120产生菌发酵产物进行分析,同时利用制霉菌素和丰加霉素标准品作为对照,以鉴定该菌株代谢组分中的次级代谢产物。此外,通过构建目标基因簇大片段缺失突变株,并对所得突变株发酵产物进行检测,以确定生物合成基因簇与目的代谢产物的对应关系。【结果】本研究综合利用基因组序列分析、基因缺失突变株构建以及代谢产物检测方法,鉴定了农抗120产生菌中制霉菌素和丰加霉素两种活性成分,并确定了负责这些化合物合成的基因簇。【结论】本研究所构建的多重基因簇失活突变株为挖掘刺孢吸水链霉菌北京变种更多的天然次级代谢产物奠定了基础。     

石磺来源海洋链霉菌Streptomyces ardesiacus SCSIO LO23中germicidin类化合物的分离鉴定及其生物合成分析

海洋共附生放线菌具有生产结构特殊和活性显著化合物的潜力。【目的】以海洋软体动物石磺Onchidium sp.来源共附生海洋链霉菌Streptomyces ardesiacus SCSIO LO23为研究对象,分离并鉴定其次级代谢产物结构,分析化合物的生物合成基因簇及其生物合成途径。【方法】采用多种培养基对该菌株进行发酵优化并放大发酵,利用多种柱色谱方法分离得到germicidin类化合物,并利用波谱学手段和X-Ray单晶衍射技术完成化合物的结构鉴定;利用Illumina HiSeq对目标菌株进行全基因组测序,结合antiSMASH和BLAST在线分析软件实现菌株中germicidin类化合物生物合成基因功能注释和生物合成途径分析,并通过异源表达进一步确定其生物合成基因。【结果】从AM3培养基发酵产物中分离鉴定了6个吡喃酮类化合物germicidinA(1)、germicidinB(2)、germicidin D (3)、germicidin H (4)、isogermicidin A (5)和isogermicidin B (6),其中化合物2和6对斑马鱼神经行为有显著兴奋作用。通过对...     

白色链霉菌DSM 41398中洋橄榄菌素和放线吡喃酮的发现及其生物合成途径分析

【目的】从菌株Streptomyces albus DSM 41398的发酵产物中发掘结构多样的由I型聚酮合酶催化形成的化合物,以期找到具有新颖结构或强生物活性的化合物。在结构鉴定的基础上,对其生物合成途径进行分析。【方法】利用HPLC分析方法,通过系统比较野生型菌株S.albus DSM 41398与I型聚酮合酶编码基因簇失活突变株的发酵产物差异,实现目标化合物的定向分离。然后,利用~1H-和~(13)C-NMR以及HR-ESI-MS进行化合物的结构鉴定。最后,利用生物信息学等方法对化合物的生物合成途径进行推测和分析。【结果】从5 L的S.albus DSM 41398发酵产物中,分离得到了2个具有抗肿瘤活性的聚酮类化合物放线吡喃酮和洋橄榄菌素,分别定位了它们的生物合成基因簇,并分别对其生物合成途径进行了推导。其中,放线吡喃酮的生物合成基因簇为首次报道。【结论】本研究一方面为基因组发掘S.albus DSM 41398中其他由I型聚酮合酶催化形成的化合物提供参考,另一方面也为相关化合物的结构修饰改造奠定了良好的基础。     

发酵条件优化及基因簇加倍对厦门霉素生物合成的影响

【目的】优化发酵培养条件及加倍xim基因簇,提高厦门霉素的产量。【方法】采用单因素添加:C源(鼠李糖、葡萄糖酸)、无机N源(KNO3)、稀有金属元素(Sc Cl3)及A-Factor(γ-丁内酯),优化适宜厦门链霉菌318菌株产生厦门霉素的培养条件;通过位点特异性整合将厦门霉素生物合成基因簇进行加倍,构建高产的基因工程菌株厦门链霉菌318Pls1,并对其培养基进行了正交实验优化。【结果】与初产量(15 mg/L)相比,在GYM培养基中进行单因素添加可使318菌株的厦门霉素产量达到20 mg/L;而基因簇加倍菌株318Pls1在GYM培养基上的厦门霉素产量可达35 mg/L,在正交实验优化后的9#培养基中厦门霉素产量可达76.15 mg/L。【结论】对厦门霉素的发酵培养条件进行了优化,并通过基因簇过表达获得了生物合成能力提高的菌株,为进一步提高其产量奠定了基础。     

黄脂菌素生物合成基因簇中调控基因xanR3的功能

【目的】研究黄脂菌素产生菌灰黄链霉菌中编码ArsR家族转录调控蛋白(Arsenical resistance regulator)的xanR3基因的功能。【方法】利用大肠杆菌和链霉菌双亲本接合转移的方法,构建xanR3基因缺失突变株及回补突变株。利用cDNA在相邻同方向的基因间隔区进行PCR确定黄脂菌素生物合成基因簇中的转录单元。利用荧光定量RT-PCR方法进行突变株中黄脂菌素生物合成基因簇转录水平的检测。【结果】对得到的xanR3基因缺失突变株及回补突变株进行发酵,发现xanR3基因缺失突变株产黄脂菌素能力下降,回补菌株中黄脂菌素产量相比缺失突变株有一定程度的恢复,但仍未达到野生型水平。经鉴定,黄脂菌素生物合成基因簇中共有18个共转录单元,其中4个共转录单元在?xanR3突变株中转录水平明显下降。【结论】ArsR家族转录调控基因xanR3是黄脂菌素生物合成的正调控基因。     

Streptomyces sp.NO1W98中杀黑星菌素的分离和生物合成基因簇的鉴定

[目的] 分离Streptomyces sp.NO1W98中的杀黑星菌素并鉴定其生物合成基因簇。[方法] 利用有机溶剂萃取法对Streptomyces sp.NO1W98放大规模发酵产物进行提取;以正向、反向色谱柱层析进行化合物的分离纯化;借助波谱学手段进行单体化合物的结构鉴定;采用Illumina Hiseq技术进行基因组序列测定,对得到的序列进行生物信息学分析、注释并定位杀黑星菌素的生物合成基因簇vtd,利用基于PCR-targeting的遗传操作系统构建vtd内相关基因的阻断突变株,同时利用pSET152AKE进行基因回补,并分析与野生菌株的发酵产物差异。[结果] 从NO1W98发酵产物提取物中初步分离鉴定了2个大环内酯类化合物杀黑星菌素A（1）和B（2）;NO1W98的基因组大小约为11.6 Mb,蕴涵49个次级代谢产物生物合成基因簇,其中scaffold 3上的Region 3.3可能负责杀黑星菌素的生物合成;基因阻断和回补实验初步鉴定了杀黑星菌素的生物合成基因簇,包含6个骨架基因、5个转运基因、2个调控基因以及9个后修饰基因。[结论] 杀黑星菌素的分离、结构鉴定和基因簇的鉴定以及生物合成途径的推导为其遗传改造和工程菌株的构建奠定了分子基础。     

卡西霉素生物合成基因簇中调控基因calR1的功能

【背景】卡西霉素(calcimycin)是重要的离子载体抗生素,其生物合成基因簇已从教酒链霉菌NRRL3882的基因组DNA中成功克隆,但基因簇内的部分生物合成基因及调控基因的功能有待研究。【目的】研究卡西霉素产生菌教酒链霉菌NRRL3882中编码TylR家族同源转录调控蛋白的calR1基因的功能。【方法】通过PCR-targeting的方法,构建calR1基因敲除突变株及回补菌株,对突变菌株及回补菌株进行发酵,通过HPLC分析其代谢产物。利用荧光定量PCR检测ΔcalR1突变菌株和野生菌株的生物合成基因转录水平。【结果】calR1基因敲除突变株丧失产生卡西霉素的能力,但仍有中间产物噻唑霉素的积累,回补菌株中卡西霉素的产量有一定程度的恢复。RT-qPCR结果表明,卡西霉素合成相关的一些重要基因calC、calG、calU3等基因的表达量明显改变。【结论】TylR家族转录调控基因calR1是卡西霉素生物合成的调控基因。     

湛江高桥红树林沉积物放线菌多样性及其中一株链霉菌产生的germicidins类化合物的鉴定

【目的】从3种红树林植物根际沉积物中分离和鉴定放线菌,进行抑菌活性初筛获得目标菌株并研究其次级代谢产物。【方法】使用5种培养基对红树林植物根际沉积物放线菌进行分离,采用16S rRNA基因序列比对的方法研究沉积物中的放线菌多样性,结合抑菌活性筛选获得目标菌株后进行放大规模发酵和分离鉴定次级代谢产物,根据生物合成基因簇定位和分析对化合物的生物合成途径进行推导。【结果】从3种红树林植物根际沉积物中分离得到放线菌49株,包括链霉菌属(Streptomyces)31株、小单孢菌属(Micromonospora)14株、小双孢菌属(Microbispora)、链孢子囊菌属(Streptosporangium)、野野村氏菌属(Nonomuraea)和糖单孢菌属(Saccharomonospora)各1株。获得粗浸膏抑菌活性较好的菌株Streptomyces sp. SCSIO 40067,从中分离鉴定了6个α-吡喃酮类化合物：germicidin A–C、germicidin I和isogermicidin A–B,并首次报道了germicidin A的晶体结构。从菌株SCSIO 40067基因组...     

林可链霉菌NRRL 2936中帕马霉素生物合成基因簇的异源 表达及调控基因功能研究

【背景】帕马霉素属于大环内酯类抗生素,具有较好的抗感染活性。该类化合物独特的化学结构和显著的生理活性受到了许多研究者的关注。同时,本实验室在林可链霉菌NRRL2936的全基因组序列中发现了帕马霉素的生物合成基因簇。【目的】尽管其生物合成途径已经得到了解析,但其生物合成基因簇中的2个调控基因功能尚不清楚。本研究从林可链霉菌NRRL2936的基因组文库中克隆了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的质粒pJQK450,开展了质粒pJQK450在链霉菌中的异源表达,实现了帕马霉素的异源合成,并初步确定该生物合成基因簇中两个调控基因的功能。【方法】利用聚合酶链式反应递缩基因组文库筛选的方法,从林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)NRRL 2936基因组文库中筛选到了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的Fosmid质粒pJQK450。然后,将该质粒转化到E.coli ET12567/pUZ8002中,利用大肠杆菌-链霉菌双亲接合转移的方法将pJQK450转入异源宿主中。对获得的异源表达菌株进行发酵产物的制备,采用耻垢分枝杆菌mc2155作为指示菌株进行帕马霉素生物活性测试,并结合LC-MS的分析确定帕马霉素的产生情况。最后,通过基因失活与回补的方法,考察帕马霉素生物合成基因簇中调控蛋白PamR1和PamR2对帕马霉素生物合成的影响。【结果】帕马霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1154中实现了表达,证明PamR1和PamR2负调控了帕马霉素生物合成的过程。【结论】帕马霉素完整基因簇的成功异源表达,一方面便于其生物合成途径的遗传改造,为帕马霉素的生物合成及优产改造研究奠定了基础;另外,调控基因功能的研究为帕马霉素的产量优化提供了改造的目标。     

浅紫灰链霉菌CQ01819及其次级代谢产物的定向发掘

【目的】采用特征次级代谢产物生物合成的保守功能基因探针,定向分离土壤中产生特征次级代谢产物的菌种资源,借助基因转录分析为导向的培养基优化方法,获得目标次生代谢产物。【方法】首先,根据5种特征次级代谢产物保守的合成功能基因设计简并引物,定向从土壤样品中筛选、分离并纯化菌株。然后,以RT-qPCR为指导开展目标产物的发酵培养基优化;最后,对菌株进行发酵,利用多种色谱技术分离纯化目标天然产物,并结合高分辨质谱与核磁共振等技术对所获得的化合物进行结构鉴定。【结果】从土壤中筛选得到了一株AHBA合酶基因和环氧化酶基因均为阳性的链霉菌菌株(编号为CQ01819),根据转录分析优化发酵培养基,最终从该菌株分离纯化得到了含有AHBA结构单元的丝裂霉素C、聚醚类抗生素莫能霉素A和缬吲霉素。【结论】本研究通过菌株的定向分离纯化,筛选得到了产生预期抗生素的浅紫灰链霉菌菌株CQ01819;基于RT-qPCR指导的发酵培养基优化,确定了菌株的发酵条件;获得发酵粗提物后,采用多种色谱整合技术和光谱分析策略,快速分离并鉴定了目标产物。该研究为目标菌种资源的定向筛选、菌株的发酵条件的快速优化和化合物的定向分离提供了较好的参考。     

海绵来源链霉菌S52-B中氨酰胺天然产物的分离与鉴定

【背景】海洋微生物是复杂海洋生态环境中重要的生物资源之一。海洋微生物所产生的活性天然产物极为丰富,是药物或药物先导化合物的重要来源。【目的】探索海洋中海绵来源链霉菌Streptomycessp.S52-B的优势生长条件,挖掘其次级代谢产物,以期分离具有良好生物活性的天然产物。【方法】根据"One Strain Many Compounds"(OSMAC)策略,寻找利于Streptomyces sp. S52-B生长和次级代谢产物产生的优势培养基,结合质谱及特征性的紫外吸收谱图,选择培养基进行大量发酵。利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和制备型高效液相色谱等进行分离纯化,并应用高分辨质谱和核磁共振光谱进行化合物结构解析。【结果】确定培养基A–D为海洋链霉菌S52-B的优势培养基,基于紫外吸收光谱与质谱分析,从培养基A的大量发酵物中分离鉴定3个具有吡咯并[4,3,2-de]喹啉核心结构的含氯化合物,属于氨酰胺类天然产物,其中Ammosalic acid为新结构化合物。【结论】已知含有吡咯并喹啉母核的氨酰胺类家族化合物具有优良的抗癌活性。本研究从海绵来源链霉菌S52-B中分离鉴定了3个氨酰胺类化合物,其中一个是新结构化合物,不仅丰富了此类化合物家族的结构类型,也为研究其生物合成途径中的未知机理奠定了基础,还有利于结合培养条件和基因组信息从这株海绵来源链霉菌中挖掘新结构的活性天然产物。     

西沙石珊瑚共附生放线菌的分离培养及抗菌活性评价

【背景】珊瑚礁生态系统是海洋中一类极其重要的生态系统,健康珊瑚礁中丰富的共附生放线菌群体是珊瑚抵御各种致病菌的重要防线,因此,这类放线菌是寻找抗菌活性分子的重要资源,其药用潜力巨大。【目的】从西沙石珊瑚样品中分离共附生放线菌,并从中筛选具有良好抗菌活性的菌株。【方法】通过稀释涂布法分离珊瑚共附生放线菌,并根据16S rRNA基因序列构建系统发育树进行菌种鉴定;通过平板对峙法对放线菌进行抗菌活性筛选并确定目标菌株;将目标菌株涂布于不同氯化钠浓度的ISP2固体培养基上培养,测试其盐度耐受能力;通过平板对峙法对该菌株发酵产物的热稳定性和光稳定性进行测试;采用NanoPore和Illumina方法完成目标活性放线菌全基因组测序,并通过antiSMASH在线分析预测其次级代谢产物生物合成基因簇及其结构类型。【结果】从6份西沙石珊瑚样品中分离得到104株可培养放线菌,根据菌落形态和分离来源去重后对其中27株放线菌进行16S rRNA基因序列测序,通过序列比对和系统发育树分析将菌株初步鉴定为盐孢菌属(Salinispora)(25株)、链霉菌属(Streptomyces)(1株)和戈登菌属(Gord...     

喙尾琵琶甲肠道来源链霉菌(Streptomyces sp.)BPA71次级代谢产物的分离鉴定及其生物活性评价

【背景】昆虫是世界上种类最多、肠道菌群资源最丰富且多样的动物类群之一。昆虫肠道微生物具有产生活性次级代谢产物的能力,是活性天然产物的重要来源。【目的】研究药用昆虫喙尾琵琶甲(Blaps rynchopetera)成虫肠道来源链霉菌(Streptomyces sp.) BPA71的次级代谢产物及其生物活性。【方法】利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱色谱等方法分离纯化该菌株的发酵粗提物,采用牛津杯法进行抗菌活性追踪,确定抗菌活性部位,通过ESI-MS、NMR等波谱数据分析对化合物结构进行鉴定,采用微量肉汤稀释法测定最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration, MIC),采用MTS法测定抗肿瘤活性。【结果】从Streptomyces sp. BPA71的固体发酵提取物中共分离得到4个已知化合物,通过对比核磁数据确定为糠酸甲酯(1)、吡咯甲酰胺A (2)、吡咯甲酰胺B (3)和吲哚-3-乙酸甲酯(4)。抗菌活性结果显示化合物2具有广谱抗菌活性。此外,化合物2对宫颈癌细胞HeLa、肺癌细胞A549、肝癌细胞SMMC-7721、乳腺癌细胞MDA-MB-231和结肠癌细胞SW480这5株肿瘤细胞均有明显的抑制活性。【结论】喙尾琵琶甲肠道来源Streptomyces sp. BPA71可产生丰富的生物活性物质,该研究结果为进一步挖掘喙尾琵琶甲肠道链霉菌的活性天然产物奠定了基础,同时丰富了人们对喙尾琵琶甲肠道微生物的认识。     

珠江口沉积物来源链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的鉴定及其生物合成基因簇的异源表达

[目的] 从珠江口沉积物来源的菌株SCSIO 40020中分离bafilomycins,并对其生物合成基因簇进行克隆和异源表达研究。[方法] 通过分析菌株SCSIO 40020的16S rRNA基因序列并构建系统发育树以鉴定菌种,以柱层析法和制备色谱法对次级代谢产物进行分离纯化,借助波谱学手段完成单体化合物的结构鉴定,采用生物信息学分析定位bafilomycins的生物合成基因簇,通过筛选菌株SCSIO 40020基因组的细菌人工染色体文库和接合转移将bafilomycins生物合成基因簇导入3种链霉菌进行异源表达,利用高效液相色谱检测异源表达菌株的发酵产物。[结果] 菌株SCSIO 40020被鉴定为链霉菌属菌株,从其发酵产物中分离鉴定了2个单体化合物bafilomycins A₁和D。克隆了链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的生物合成基因簇并推导了其生物合成途径,在3种链霉菌中表达产生了bafilomycins。[结论] 从珠江口环境中获得了一株产生bafilomycins的链霉菌SCSIO 40020,成功建立了该菌株次级代谢产物生物合成基因簇的异源表达体系,并首次在链霉菌Streptomyces lividans SBT18、Streptomyces coelicolor M1154和Streptomyces albus J1074中进行了表达,获得了bafilomycins,为后续bafilomycins结构类似物的生产和链霉菌SCSIO 40020中新结构活性化合物的挖掘奠定了基础。     

链霉菌IMS002的分类鉴定及其抗真菌活性物质解析

【目的】对一株分离自植物根际土壤的具有抗真菌活性的链霉菌IMS002进行菌株分类鉴定,通过活性追踪分离纯化并鉴定有机相中的活性物质。【方法】通过16S rDNA和5个不同基因(atpD,gyrB,recA,rpoB,trpB)串联聚类分析以及生理生化实验分析,对链霉菌IMS002进行菌株分类鉴定,用扫描电子显微镜观察该株链霉菌的菌丝及孢子形态,以尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)为指示菌进行生物活性追踪,通过硅胶柱层析、凝胶柱层析及高压液相色谱(HPLC)对活性物质进行分离和纯化,使用液质联用高分辨质谱仪、500 MHz核磁共振波谱仪以及圆二色光谱仪确定该物质的化学结构。【结果】IMS002经初步鉴定与产二素链霉菌(Streptomycesambofaciens)具有较近的亲缘关系,其发酵液对尖孢镰刀菌具有良好的抑菌效果,经分离和纯化以及现代波谱技术分析,确定有机相中的抑菌活性组分为Borrelidin。【结论】链霉菌IMS002能够产生化合物Borrelidin,该化合物对尖孢镰刀菌具有抑制活性。     

内生链霉菌SAT1转录组分析和抑菌代谢产物的鉴定

【背景】植物内生链霉菌Streptomyces sp.SAT1分离自药用植物荠苨根部,对多种植物病原真菌和病原细菌具有强抑菌活性,在农林业生物防治领域应用潜力巨大。【目的】揭示该菌在不同培养基条件下的抑菌效果和抑制细菌的活性物质类型,为该菌生物防治应用提供理论基础和技术支撑。【方法】通过测定发酵液和菌体萃取物的抑菌活性,研究培养基成分对抑菌活性物质生物合成的影响;选择抑制细菌活性高和无抑菌活性的培养基进行发酵,通过转录组测序分析差异表达基因的功能,并利用紫外吸收光谱和UPLC-MS/MS鉴定活性物质的成分。【结果】所选用的7种链霉菌常用发酵培养基中,无论发酵液还是菌体萃取物,TSB、GS和R5培养基无抑制细菌活性;PDB、ISP2、MS和H有较强的抑菌活性。对PDB、ISP2和TSB发酵菌体进行转录组测序分析,共发现差异表达基因3 567个,KEGG富集分析发现差异基因多集中在global and overview maps、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等通路上,而且与TSB比,PDB和ISP2分别有18个和5个上调基因定位于moenomycin类物质的生物合成基因簇上。以标准品为对照,...     

高产杀粉蝶菌素的链霉菌鉴定及其拮抗水稻白叶枯菌活性研究

【目的】为保证农业生产可持续性发展,研发和使用环境友好的生物农药受到全社会的高度重视。微生物代谢产物农药是我国目前应用最广的生物农药,也是未来发展绿色农药的一个重要方向。【方法】利用包含水稻白叶枯菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo) PXO99A的NA培养基琼脂平板,从水稻根际土壤中筛选能抑制Xoo生长的链霉菌。通过高效液相色谱和质谱分析活性代谢产物的化学结构;采用剪叶法接种Xoo到水稻叶片后,再喷施杀粉蝶菌素溶液(0.1 g/L),2周后测定叶枯症状;采用响应面分析法优化高产杀粉蝶菌素的发酵培养基;采用PacBio SMRT测序平台+Illumina HiSeq X Ten平台开展全基因组测序。平均核苷酸一致性(average nucleotide identity,ANI)用于比较HSW2009与其他链霉菌在全基因组水平的亲缘关系。【结果】分离到一株对Xoo生长有强抑制活性的链霉菌HSW2009,其活性代谢产物为杀粉蝶菌素A1(piericidin A1,简称PIE);喷施PIE可以减轻Xoo在水稻叶片内的侵染;优化HSW2009高产PIE的发...     

卡伍尔氏链霉菌NA4的Ⅱ型聚酮基因簇的靶向激活及其产物鉴定

【目的】以基因组信息为导向,定向激活海洋来源卡伍尔氏链霉菌（Streptomyces cavourensis） NA4中沉默的Ⅱ型聚酮类次级代谢产物生物合成基因簇,鉴定新产生的次级代谢产物的结构和抑菌活性。【方法】通过添加启动子和敲除负调控基因的方法激活实验室培养条件下沉默或低表达的生物合成基因簇,并完成目标化合物的分离与纯化,通过电喷雾质谱（electrospray ionization-mass spectrometry,ESI-MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）数据分析鉴定目标化合物结构,对目标化合物进行抑菌活性鉴定,基于生物信息学信息推导化合物的生物合成途径。【结果】根据基因组生物信息学分析,从海洋来源链霉菌Streptomyces cavourensis NA4中选取一个编码PKSⅡ型次级代谢产物的生物合成基因簇开展研究,成功激活目标基因簇,从中分离到1个PKSⅡ型化合物,推导了其生物合成途径并进行了抑菌活性鉴定。【结论】基因组导向下的天然产物挖掘,可以目标明确地分离产物,充分挖掘链霉菌编码次级代谢产物的潜力。     

植物内生链霉菌Streptomyces sp. SAT1的基因组测序和比较基因组分析

【背景】一直以来,链霉菌都是活性物质的主要生产者,近年来随着抗生素滥用引起的环境和微生物抗药性问题越发严重,挖掘高效生物防治因子和新型抗生素成为了解决以上问题的重要手段。【目的】通过获得植物内生链霉菌SAT1全基因组序列和次级代谢基因簇信息,利用比较基因组学和泛基因组学分析SAT1菌株的特殊性以及与其他链霉菌的共性,为阐明SAT1抑菌和内生机制提供理论基础,为揭示链霉菌的生态功能提供可靠数据。【方法】通过三代测序平台PacBio Sequel完成SAT1基因组测序,利用生物信息学技术进行注释和功能基因分类;分别利用RAxML和PGAP软件进行系统发育树的构建和泛基因组分析;次级代谢基因簇的预测和分析通过antiSMASH网站完成。【结果】获得SAT1菌株的全基因组完成图,该菌线性染色体长度约7.47 Mb,包含有4个质粒,GC含量近73%,共预测到7 550个蛋白编码基因,含有37个次级代谢基因簇,分属29个类型,其中默诺霉素基因簇与加纳链霉菌具有较高相似性。42株代表链霉菌中,单个菌株次级代谢基因簇数量为20-55个,主要类型为PKS类、Terpene类和Nrps类,而且含有大量杂合基因簇,各个菌株中特有基因数目较为庞大。【结论】链霉菌SAT1菌株在基因组特点以及次级代谢基因簇的数量和类型上与其余41株链霉菌具有一定的共性,其中潮霉素B基因簇和默诺霉素基因簇合成的相关物质可能与SAT1抑菌活性密切相关。42株链霉菌中次级代谢基因簇数量的多少与基因组大小成正相关,同时大量杂合基因簇以及庞大的特有基因数目的存在说明链霉菌在长期进化过程中存在了很高程度的水平基因转移现象,可能具有重要的生态功能。