丝状真菌全局性调控因子LaeA的研究进展

全局调控因子在丝状真菌次级代谢调控及其生长发育过程中有着重要作用。LaeA是2004年首次被发现的丝状真菌全局性调控因子。本综述介绍了LaeA在丝状真菌发育、次级代谢中的功能及其作用机制,总结了丝状真菌中已发现的laeA的同源基因,并对存在的问题及应用前景进行讨论与展望。     

LaeA在丝状真菌次级代谢、生长发育和其他重要生物过程中的作用

LaeA是在构巢曲霉中首次鉴定的一种全局调控因子,其同源蛋白在丝状真菌中广泛存在,具有高度的保守性。LaeA及其同源蛋白序列存在S-腺苷甲硫氨酸结合基序,是一种甲基转移酶,可能影响组蛋白修饰,导致染色体结构的改变,进而调控一系列基因的表达。大量研究表明,LaeA及其同源蛋白参与调控丝状真菌多种次级代谢产物的生物合成,影响丝状真菌的生长发育和形态分化,甚至在丝状真菌生产有机酸和一些工业酶的过程中也发挥着重要作用。本文综述了LaeA及其同源蛋白的作用机制,以及该蛋白在丝状真菌次级代谢、生长发育和其他重要生物过程中的作用,并对存在的问题及应用前景进行讨论与展望。     

过表达LaeA激活海洋土曲霉中isoflavipucine类化合物的合成及其抗弧菌活性研究

丝状真菌土曲霉因产生结构独特且药理活性强烈的次级代谢产物而受到真菌学家和药学家的广泛关注。然而,在丝状真菌中,大部分次级代谢基因在常规实验室培养条件下表达量较低甚至沉默。本研究通过过表达全局性调控因子LaeA试图激活一株海洋来源土曲霉中的沉默基因簇以发现新次级代谢产物。结果表明,laeA基因过表达突变中未知产物基因簇被激活,指纹图谱分析发现了2个在野生菌株不存在的化合物吸收峰。质谱和核磁共振波谱分析确证了这2个化合物为dihydroisoflavipucine类小分子,特别是化合物1的产量在突变体中高达183 mg/L。此外,抗菌活性测试发现,这2个化合物对4种病原弧菌显示了强烈的活性,特别是化合物1抗弧菌活性更强,MIC低至16 μg/mL。本研究提供了一条大量合成dihydroisoflavipucine类抗生素的新路线,并证明了次级代谢调控因子LaeA在丝状真菌中的功能是高度保守的,过表达LaeA是激活丝状真菌中沉默基因簇的有效手段。     

丝状真菌中的Velvet家族蛋白

丝状真菌是重要的微生物资源,能够产生大量的小分子活性化合物,如β-内酰胺类抗生素、夫西地酸、环孢霉素和他汀类药物等。这些小分子次级代谢产物的生物合成受全局性调控因子的调控,除丝状真菌中已发现的Lae A外,还存在一类具有Velvet结构域的特殊调控因子,它们在丝状真菌的生长发育和次级代谢调控中发挥着重要的作用。本文综述了丝状真菌Velvet家族蛋白(Ve A、Vel B、Vos A和Vel C)的结构特征及其对有性生殖、无性生殖和次级代谢产物合成等方面的调控作用,并探讨了可能的分子调控机制通路,为揭示次级代谢调控网络和激活沉默基因产生新型结构的化合物提供一定的参考价值。     

丝状真菌次级代谢产物的研究现状与发展趋势

近年来,丝状真菌次级代谢产物的研究在国内外受到了极高的重视,同时也取得了较大的进展。本文对丝状真菌次级代谢产物的生物合成和调控机制以及隐性次级代谢产物生物合成基因簇的激活等方面进行了简述,同时对组合生物学给真菌次级代谢产物研究带来的机遇和挑战进行了讨论。     

真菌次级代谢转录调控研究进展

真菌次级代谢产物具有多样复杂的结构和良好的生物活性,广泛应用于工业、农业、医疗等领域。次级代谢产物的产生受多个层级的调控,尤其是转录水平的调控至关重要。文中首先介绍了在真菌转录调控过程中参与次级代谢的代表性转录因子和蛋白质复合体,进而举例说明了转录调控在挖掘真菌新颖次级代谢产物领域的重要作用;期望相关研究者全面认识真菌次级代谢产物的生物合成及转录调控,为发现新的具有良好生物活性的天然产物提供思路。     

丝状真菌次级代谢产物生物合成的表观遗传调控

丝状真菌产生的次级代谢产物是新药的重要来源之一,其生物合成过程受到众多因素的调控。最近的研究表明,表观遗传对多种丝状真菌次级代谢产物的生物合成具有调控作用。DNA和组蛋白的甲基化与乙酰化修饰是目前所知的丝状真菌主要的表观遗传调控形式。通过过表达或缺失相关表观修饰基因和利用小分子表观遗传试剂改变丝状真菌染色体的修饰形式,不仅可以提高多种已知次级代谢产物产量,而且可以通过激活沉默的生物合成基因簇诱导丝状真菌产生新的未知代谢产物。丝状真菌表观遗传学正逐渐成为真菌菌株改良的新策略以及挖掘真菌次级代谢产物合成潜力的强有力手段。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

丝状真菌次级代谢产物的功能与合成调控研究进展

真菌是具有高度多样性的微生物资源,其产生的次级代谢产物具有很多重要的作用,如紫外线防护,自身发育以及防御外部侵害,而这些次级代谢产物的生物合成需要多个基因参与调控。本文主要综述了真菌次级代谢产物的药用价值,在真菌发育过程中的生态功能以及合成调控机制。     

中国丝状真菌次级代谢分子调控研究进展

在目前已知的具有生物活性的微生物次级代谢物中约有50%是由丝状真菌产生的,其中包括人们所熟知的青霉素、环孢菌素A以及洛伐他汀等。鉴于丝状真菌次级代谢物在农业、医药和工业上的重要价值,它们的生物合成及其分子调控一直备受关注。丝状真菌次级代谢物的生物合成是一个复杂的过程,一般涉及多步酶学反应,该过程往往受到不同水平的调控。深入了解丝状真菌次级代谢的分子调控机制,可以为其产量的提高、新骨架化合物的发掘以及隐性次级代谢物的激活奠定重要的理论基础。本文以丝状真菌次级代谢分子调控为主线,重点介绍近40年来我国科研工作者在该领域取得的研究进展,并对这一领域未来的发展进行展望。     

Motif-Independent Prediction of a Secondary Metabolism Gene Cluster Using Comparative Genomics: Application to Sequenced Genomes of Aspergillus and Ten Other Filamentous Fungal Species

Despite their biological importance, a significant number of genes for secondary metabolite biosynthesis (SMB) remain undetected due largely to the fact that they are highly diverse and are not expressed under a variety of cultivation conditions. Several software tools including SMURF and antiSMASH have been developed to predict fungal SMB gene clusters by finding core genes encoding polyketide synthase, nonribosomal peptide synthetase and dimethylallyltryptophan synthase as well as several others typically present in the cluster. In this work, we have devised a novel comparative genomics method to identify SMB gene clusters that is independent of motif information of the known SMB genes. The method detects SMB gene clusters by searching for a similar order of genes and their presence in nonsyntenic blocks. With this method, we were able to identify many known SMB gene clusters with the core genes in the genomic sequences of 10 filamentous fungi. Furthermore, we have also detected SMB gene clusters without core genes, including the kojic acid biosynthesis gene cluster of Aspergillus oryzae. By varying the detection parameters of the method, a significant difference in the sequence characteristics was detected between the genes residing inside the clusters and those outside the clusters.     

Origin and distribution of epipolythiodioxopiperazine (ETP) gene clusters in filamentous ascomycetes

Background  

Genes responsible for biosynthesis of fungal secondary metabolites are usually tightly clustered in the genome and co-regulated with metabolite production. Epipolythiodioxopiperazines (ETPs) are a class of secondary metabolite toxins produced by disparate ascomycete fungi and implicated in several animal and plant diseases. Gene clusters responsible for their production have previously been defined in only two fungi. Fungal genome sequence data have been surveyed for the presence of putative ETP clusters and cluster data have been generated from several fungal taxa where genome sequences are not available. Phylogenetic analysis of cluster genes has been used to investigate the assembly and heredity of these gene clusters.     

Heterochromatin influences the secondary metabolite profile in the plant pathogen Fusarium graminearum

Chromatin modifications and heterochromatic marks have been shown to be involved in the regulation of secondary metabolism gene clusters in the fungal model system Aspergillus nidulans. We examine here the role of HEP1, the heterochromatin protein homolog of Fusarium graminearum, for the production of secondary metabolites. Deletion of Hep1 in a PH-1 background strongly influences expression of genes required for the production of aurofusarin and the main tricothecene metabolite DON. In the Hep1 deletion strains AUR genes are highly up-regulated and aurofusarin production is greatly enhanced suggesting a repressive role for heterochromatin on gene expression of this cluster. Unexpectedly, gene expression and metabolites are lower for the trichothecene cluster suggesting a positive function of Hep1 for DON biosynthesis. However, analysis of histone modifications in chromatin of AUR and DON gene promoters reveals that in both gene clusters the H3K9me3 heterochromatic mark is strongly reduced in the Hep1 deletion strain. This, and the finding that a DON-cluster flanking gene is up-regulated, suggests that the DON biosynthetic cluster is repressed by HEP1 directly and indirectly. Results from this study point to a conserved mode of secondary metabolite (SM) biosynthesis regulation in fungi by chromatin modifications and the formation of facultative heterochromatin.