我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展

本文从生物活性成分的筛选与分离、植物次生代谢产物生物合成及其分子调控、环境因子对植物次生代谢产物合成和积累的影响、植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系等方面介绍了我国资源植物化学与天然产物化学领域基础研究的现状与发展。     

米曲霉功能基因组研究策略和进展

丝状真菌米曲霉是发酵工业中的重要菌种,常用于酱油、豆豉、次级代谢产物及酶类产品的生产。近年来,随着米曲霉全基因组序列的破译,米曲霉的功能基因组研究成为一个热点。由于米曲霉转化体系的不成熟和多核现象的存在,导致了米曲霉功能基因组研究的进展缓慢。综述了米曲霉目前所用的几种遗传转化策略,并比较了它们之间的优缺点;介绍了近几年米曲霉的功能基因组研究进展,重点阐述了米曲霉蛋白质分泌、分生孢子形成和次级代谢产物合成等重要的功能基因研究结果 ;最后对米曲霉在传统酿造和工业用酶及其次级代谢产物生产的应用上进行了展望。     

聚酮类抗生素生物合成基因簇间的关系

<正>放线菌基因组测序显示基因组中平均有超过20个以上的次生代谢生物合成基因簇,但通常放线菌在试验条件下能检测到的产物仅有2-3个,因此这些次生代谢生物合成基因簇引起了研究者的极大关注,期望通过基因组的挖掘来发现新的代谢产物。除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)产生的16元大环内酯化合物阿维菌素及衍生物被广泛用于防治动植物的线虫类和节肢动物类害虫[1-2]。除虫链霉菌的基因组中,除了阿维菌素生物合成基因簇外,还有其它11种聚酮合成酶类(Polyketide synthesase,PKS)抗生素生物合成基因簇[3]。由于聚酮化合物生物合     

发现微生物药物的新途径:从基因到新化合物

本文介绍一种基于基因组扫描(鸟枪法)和生物信息学相结合的寻找微生物新化合物的平台.基因组扫描发现新的合成基因,通过对新的次生代谢产物合成途径基因的分析,预测化合物的结构、物理化学性质参数,指导该化合物的分离与纯化.     

链霉菌基因组及次生代谢研究进展

链霉菌属革兰氏阳性放线菌,具有复杂的生活周期和次生代谢途径,并产生大量具有重要价值的天然代谢物。本文概述了链霉菌基因组染色体的独特结构与次生代谢途径的研究进展,重点论述了利用基因组信息改造和调控链霉菌次生代谢途径的研究成果。后基因组时代的功能基因组研究使人类能深入了解链霉菌家族,对链霉菌进行更加合理高效的遗传操作,为提高具有重要价值的天然代谢物的产量和获得新代谢物创造更有利的条件。     

RNA-Seq高通量测序技术在果树功能基因组学研究的应用进展

RNA-Seq又称为"转录组测序技术",它能够从整体水平研究物种基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程。应用该项技术能有效地解决因果树基因组庞大等问题,有效地揭示和阐明植物体内次生代谢生物合成途径及代谢机制。主要论述了RNA-Seq技术的应用方法与流程,通过对测序数据的处理分析与比对等方法,分析了RNA-Seq技术在果树新基因挖掘、次生代谢产物合成途径的应用进展,基于RNA-Seq的高通量测序技术对于发现和揭示具有重要生物学功能和经济价值的次生代谢产物合成关键基因及其调控机制提供了可能。     

植物次生代谢基因簇研究进展

类似于原核生物的操纵子，在真核生物（如酵母、真菌、昆虫等）基因组中也出现了彼此功能相关的非同源基因成簇存在的现象。这些基因形成基因簇，可参与多种次生代谢途径。近年来，植物中也发现了越来越多的参与次生代谢产物合成的基因簇，它们已成为植物生物学研究的热点。本文总结并分析了植物中已鉴定的次生代谢基因簇。这些基因簇存在于玉米（Zea mays L.）、水稻（Oryza sativa L.）、拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.）、番茄（Solanum lycopersicum L.）等植物的基因组中，分别参与合成苯并噁唑嗪酮类、萜类和生物碱类等次生代谢产物。本文通过解析这些基因簇的组成及结构特点，对其特征进行总结，探讨了基因簇形成的分子机理及其调控机制，对植物次生代谢基因簇在合成生物学及代谢工程学中的研究方向和应用前景进行了展望。     

海洋放线菌研究进展

海洋放线菌因其产生独特的次生代谢产物而备受世界的关注。本文以海洋放线菌的研究历史为主线,综述了海洋放线菌研究的发展历程,海洋放线菌的概念、生物资源、多样性及其分布状况、次生代谢产物以及基因组研究等方面,探讨了其生态功能,最后展望了我国海洋放线菌研究存在的问题及未来发展的前景。     

次生代谢产物与植物抗病防御反应

次生代谢产物是由植物次生代谢产生的许多结构不同的小分子有机化合物,它们广泛参与植物的生长、发育、防御等生理过程。次生代谢产物在植物的抗病防御反应中发挥着重要作用,可以作为生化壁垒防御病原物侵染,还可以作为信号物质参与植物的抗病反应;在植物与病原物互作中,植物合成新的抗菌物质植保素,原有的抗菌物质也会增加。植物次生代谢产物的积累受到病原物、发育,环境等多种因素的调节。本文重点介绍次生代谢产物在植物抗病防御中的相关作用以及影响其合成的各种因素。     

放线菌基因组与生物技术

天蓝色链霉菌全基因组序列的公布 ,对目前工业生产生物活性代谢产物菌株的遗传改造 ,构建生产高价值药物的超级菌 ,以及由微生物资源去寻找新的生物活性代谢产物将产生巨大影响。文中就基因组时代如何发展由基因组信息和化合物库预测次生代谢路径、研究功能基因组学时代的放线菌次生代谢调控、基因工程技术在放线菌抗生素生产中的应用以及体外分子定向进化与分子育种等生物技术问题进行文献综述。     

地衣型真菌石果衣(疣孢菌科，子囊菌门)次级代谢产物的多样性

地衣能够产生大量的新型次级代谢产物,但以往对石果衣Endocarpon pusillum的研究中未能检测出任何次级代谢产物。然而,对其共生菌进行基因组测序发现其中含有14个沉默的PKS基因和2个沉默的NRPS基因。在此研究中,为激活其途径,使用了优化马铃薯培养基和大米培养基对石果衣共生真菌进行了培养。从优化马铃薯培养物中分离得到9个次级代谢产物,包括2个新的异吲哚-1-酮类化合物(1, 2)。而从大米培养物中分离到3个已知化合物和1个新的萘醌类化合物(9)。通过核磁共振和质谱数据确定了新化合物的结构。研究结果表明,大量地衣中未能检测出任何次级代谢产物,或仅能检测出少量次级代谢产物,可能与其基因组中的沉默基因有关。因此,通过对沉默基因的激活方法为地衣次级代谢产物资源的研究与开发开辟了有效途径。     

Some aspects of overproduction of secondary metabolites

Different approaches used to increase production of secondary metabolites and construct overproducing strains of microorganisms are reviewed. Overproduction of secondary metabolites incuudes the physiological control,e.g. feed-back inhibition, carbon and energy source regulation, nitrogen source regulation, phosphate regulation and the effect of autoregulatory compounds. The genetic control of overproduction of secondary metabolites includes mechanisms similar to those controlling the expression of primary metabolism coding genes, although the genes specifying biosynthesis of secondary metabolites and their expression have some particular features. Possible future trends in the study of overproduction of secondary metabolites are discussed. Dedicated to the 70th birthday of Dr. Z. Vanêk     

Secondary transport as an efficient membrane transport mechanism for plant secondary metabolites

Plants produce a large number of secondary metabolites, such as alkaloids, terpenoids, and phenolic compounds. Secondary metabolites have various functions including protection against pathogens and UV light in plants, and have been used as natural medicines for humans utilizing their diverse biological activities. Many of these natural compounds are accumulated in a particular compartment such as vacuoles, and some are even translocated from source cells to sink organs via long distance transport. Both primary and secondary transporters are involved in such compartmentation and translocation, and many transporter genes, especially genes belonging to the multidrug and toxin extrusion type transporter family, which consists of 56 members in Arabidopsis, have been identified as responsible for the membrane transport of secondary metabolites. Better understandings of these transporters as well as the biosynthetic genes of secondary metabolites will be important for metabolic engineering aiming to increase the production of commercially valuable secondary metabolites in plant cells.     

Transporters of secondary metabolites

The membrane transport of plant secondary metabolites is a newly developing research area. Recent progress in genome and expressed sequence tag (EST) databases has revealed that many transporters and channels exist in plant genome. Studies of the genetic sequences that encode these proteins, and of phenotypes caused by the mutation of these sequences, have been used to characterize the membrane transport of plant secondary metabolites. Such studies have clarified that membrane transport is fairly specific and highly regulated for each secondary metabolite. Not only genes that are involved in the biosynthesis of secondary metabolites but also genes that are involved in their transport will be important for systematic metabolic engineering aimed at increasing the productivity of valuable secondary metabolites in planta.     

外源抗虫蛋白与内源抗虫因子的交互作用

以次生代谢物质萜烯类、黄酮类以及单宁等为基础的自身化学抗虫性一直是植物化学防御的核心。随着基因重组技术的发展,许多作物获得了一种新的化学防御形式,即以表达外源基因产物来进行防御。外源抗虫蛋白与内源抗虫物质的协调性问题,在利用外源基因工程改良植物抗虫性时是非常重要的,同时也是转基因作物安全性和生态学评价的重要方面。转基因植物中外源与内源抗虫系统间的协调性的研究取得了一些成果,但尚未引起人们足够的重视。综述了离体条件下和在转基因植物体内,外源抗虫蛋白Bt和GNA等与植物次生代谢物质以及各抗虫蛋白之间交互作用的研究进展,并探讨了研究各抗虫因子交互作用的意义。     

外源抗虫蛋白与内源抗虫因子的交互作用

以次生代谢物质萜烯类、黄酮类以及单宁等为基础的自身化学抗虫性一直是植物化学防御的核心.随着基因重组技术的发展,许多作物获得了一种新的化学防御形式,即以表达外源基因产物来进行防御.外源抗虫蛋白与内源抗虫物质的协调性问题,在利用外源基因工程改良植物抗虫性时是非常重要的,同时也是转基因作物安全性和生态学评价的重要方面.转基因植物中外源与内源抗虫系统间的协调性的研究取得了一些成果,但尚未引起人们足够的重视.综述了离体条件下和在转基因植物体内,外源抗虫蛋白Bt和GNA等与植物次生代谢物质以及各抗虫蛋白之间交互作用的研究进展,并探讨了研究各抗虫因子交互作用的意义.     

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。     

昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其对昆虫抗药性的意义

植物次生物质(plant secondary metabolites)对昆虫的取食行为、生长发育及繁殖可以产生不利影响,甚至对昆虫可以产生毒杀作用。为了应对植物次生物质的不利影响,昆虫通过对植物次生物质忌避取食、解毒代谢等多种机制,而对寄主植物产生适应性。其中,昆虫的解毒代谢酶包括昆虫细胞色素P450酶系(P450s)及谷胱甘肽硫转移酶(GSTs)等,在昆虫对植物次生物质的解毒代谢及对寄主植物的适应性中发挥了重要作用。昆虫的解毒酶系统不仅可以代谢植物次生物质,还可能代谢化学杀虫剂,因而昆虫对寄主植物的适应性与其对杀虫剂的耐药性甚至抗药性密切相关。昆虫细胞色素P450s和GSTs等代谢解毒酶活性及相关基因的表达可以被植物次生物质影响,这不仅使昆虫对寄主植物的防御产生了适应性,还影响了昆虫对杀虫剂的解毒代谢,因而改变昆虫的耐药性或抗药性。掌握昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其在昆虫抗药性中的作用,对于明确昆虫的抗药性机制具有重要的参考意义。本文综述了植物次生物质对昆虫的影响、昆虫对寄主植物次生物质的代谢机制、昆虫对植物次生物质的代谢适应性对昆虫耐药性及抗药性的影响等方面的研究进展。