台勾霉素生产菌指孢囊菌NRRL 18085遗传操作体系的建立

【目的】建立新型大环内酯类抗生素台勾霉素的生产菌指孢囊菌Dactylosporangium aurantiacum NRRL18085的遗传操作体系,实现台勾霉素相关生物合成基因的敲除突变。【方法】以整合型质粒pSET152为载体,建立了外源DNA通过接合转移进入指孢囊菌NRRL18085的操作方法和培养条件,利用PCR-targeting系统在体外构建了一个台勾霉素卤化酶基因敲除的cosmid质粒,通过接合转移转入到指孢囊菌NRRL18085野生菌中。【结果】获得了台勾霉素卤化酶基因敲除的指孢囊菌NRRL18085的双交换突变株,该突变株失去了产生台勾霉素的能力。【结论】成功建立和优化了指孢囊菌NRRL18085菌株的遗传操作体系,使得在体内分析和鉴定台勾霉素生物合成基因的功能成为可能,同时也为建立其他类似放线菌的遗传操作体系提供了参考。     

吸水链霉菌HS023 milF基因敲除构建产5-酮米尔贝霉素基因工程菌

【目的】通过敲除吸水链霉菌HS023的mil F基因,构建产5-酮米尔贝霉素的基因工程菌。【方法】构建mil F基因敲除质粒p MSST-Δmil F,转入米尔贝霉素产生菌——吸水链霉菌HS023,获得mil F基因敲除的双交换突变株F2-18。【结果】发酵结果表明:mil F基因敲除突变株F2-18不再产生米尔贝霉素,仅产生中间产物5-酮米尔贝霉素,且发酵单位较出发菌株略有提升。【结论】通过敲除mil F基因,发酵可生产5-酮米尔贝霉素,并直接用于驱虫药米尔贝肟和乐平霉素的化学合成,可大大简化从米尔贝霉素到米尔贝肟和乐平霉素的合成步骤。     

游动放线菌8-22中treY基因敲除对于降低阿卡波糖C组分的作用

【目的】在阿卡波糖发酵过程中,C组分的存在严重影响阿卡波糖产品的质量,研究拟通过基因改造降低阿卡波糖C组分。【方法】通过构建treY同框敲除质粒pUAmT-YUD,以接合转移方法将其转入阿卡波糖工业菌株8-22,经同源重组将treY基因内部编码182个氨基酸的序列敲除,从而得到treY基因失活的突变株Y810。【结果】发酵结果显示突变菌株中C组分较出发菌株下降了约10倍,而阿卡波糖本身的效价末受影响。【结论】敲除treY基因可大幅降低阿卡波糖C组分的含量。研究的实施将大大简化阿卡波糖的纯化步骤,提升产品品质,降低生产成本,从而提高工业化生产的市场竞争力。研究同时还对游动放线菌的接合转移条件进行了优化,大大提高了转化效率。     

slnN基因在盐霉素生物合成中的调控功能分析

【目的】研究盐霉素生物合成基因簇上游潜在调控基因slnN的功能。【方法】本实验利用遗传操作技术,分别对白色链霉菌出发菌株Streptomyces albus BK3-25中的slnN基因进行敲除和过表达,然后利用抑菌圈实验和发酵实验,分别检测不同衍生菌株中盐霉素生物合成产量的变化。同时利用qRT-PCR分析衍生菌株与原始出发菌株之间的结构基因表达差异。【结果】结果表明在slnN基因缺失株(slnNDM)中,盐霉素的表达水平提高了35%左右;而在slnN基因过表达株(slnNOE)中,盐霉素产量下降达43%左右。qRT-PCR分析进一步发现slnN基因缺失,会引起slnO和slnA1基因的上调;而slnN基因过表达后,一方面会下调slnO与slnA1基因的表达,另一方面引起slnT1、slnF基因上调。【结论】本研究证实slnN基因对盐霉素的生物合成具有明显的负调控作用,其机制有待进一步研究。     

多粘类芽胞杆菌SC2基因敲除体系的建立

摘要:【目的】建立多粘类芽胞杆菌SC2 的基因敲除体系。【方法】利用电转化把温敏型自杀质粒pRN5101导入到多粘类芽胞杆菌SC2中。采用基因重组技术敲除SC2 中的多粘菌素基因E(pmxE),得到突变株SC2-E。利用抗细菌性能检测和高效液相色谱分析合成多粘菌素的能力,来证实pmxE基因是否被敲除。【结果】成功构建了多粘类芽胞杆菌SC2 的基因敲除体系。pRN5101转入SC2后能够在28℃复制,39℃自杀。突变株失去了合成多粘菌素的能力,成功敲除pmxE基因,验证了此体系的可用性。【结论】首次构建了多粘类芽胞杆菌的基因敲除体系,拓展了pRN5101的使用范围,为研究多粘类芽胞杆菌的基因功能提供了高效的遗传操作工具。     

高致病性2型猪链球菌IV型样分泌系统virB1-89K基因的敲除及其对毒力的影响

摘要:【目的】构建高致病性2 型猪链球菌IV 型样分泌系统virB1-89K基因的敲除株和互补株,研究virB1-89K基因缺失对细菌毒力的影响。【方法】通过同源重组技术敲除virB1-89K基因,多重PCR筛选敲除株并测序鉴定。再将virB1-89K基因克隆到穿梭质粒pSET1后转入virB1-89K敲除株中,构建互补株。比较野生株05 ZYH33、突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K三者基本生物学特性的差异,小鼠实验分析virB1-89K基因敲除后对细菌毒力的影响。【结果】成功构建突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K,在基本生物学性状无明显改变的情况下,敲除株的毒性降低到野生株的30%,互补株可恢复其毒性。【结论】virB1-89K基因作为2型猪链球菌高致病性菌株05 ZYH33的IV样分泌 系统的重要组分,与其高致病性密切相关。     

拟诺卡氏菌线型质粒pNPL1的测序和分析

【目的】检测和分析稀有放线菌中新的线型质粒。【方法】从植物内生菌中分离链霉菌之外的放线菌菌株,检测、测序和分析线型质粒。【结果】从中草药植物紫花前胡的叶片中分离到一株内生放线菌25L-1-1c,经过16S rRNA基因序列比对属于拟诺卡氏菌。从该菌株中检测到一个约25 kb的线型质粒pNPL1。克隆和测序了pNPL1新的端粒,含有多个小的回文序列。测序获得全长为24 621 bp的线型质粒pNPL1,预测编码22个基因,其中2个基因与链霉菌质粒的端粒复制基因同源,1个基因与链霉菌质粒主要的接合转移基因相似,其余19个基因为未知功能。携带pNPL1端粒复制基因的质粒不能转化变铅青链霉菌,暗示需要发展拟诺卡氏菌的遗传操作系统。【结论】这是首次在拟诺卡氏菌中发现和描述线型质粒。     

教酒链霉菌NRRL 3882中钙霉素生物合成后修饰基因calD的功能分析

【目的】钙霉素是二价阳离子载体,是一类含有吡咯环的聚醚类抗生素,广泛用于细胞二价阳离子的生物学功能研究。本文以钙霉素生物合成基因簇中cal D基因为研究对象,通过蛋白质同源序列比对、基因敲除、回补验证及HPLC/MS分析,对cal D基因的功能进行表征。【方法】对cal D基因功能进行生物信息学预测。选用钙霉素产生菌Streptomyces chartreusis NRRL 3882,通过PCR-targeting的方法对cal D基因进行敲除获得突变株,再将cal D基因克隆到链霉菌整合质粒上,通过接合转移技术将cal D回补到缺失株中。使用HPLC/MS技术对菌株发酵产物进行分析。【结果】生物信息学预测Cal D蛋白酶属于氧化还原酶。获得cal D基因敲除突变株Δcal D及基因回补菌株Δcal D:cal D。HPLC/MS检测到cal D基因的缺失菌株大幅降低钙霉素产生能力,与野生型菌株相比,突变株中积累更多的3-Hydroxylcezomycin和更少的氮-去甲基钙霉素。【结论】cal D参与钙霉素的生物合成。cal D的缺失导致3-Hydroxylcezomycin的积累,推测cal D负责钙霉素生物合成途径中苯并噁唑环3位上羟基转化成酮基的氧化反应。初步阐明了cal D基因在钙霉素生物合成途径中的功能机制。     

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。     

谷氨酸棒状杆菌CRISPR-Cpf1和Cre/loxP基因敲除技术的比较

【背景】谷氨酸棒状杆菌的基因敲除系统较为匮乏且效率不高,难以对其进行代谢工程改造,不利于高性能工业菌株的构建及规模生产。【目的】分别采用CRISPR-Cpf1和Cre/loxP基因敲除系统对谷氨酸棒状杆菌ATCC13032(CorynebacteriumglutamicumATCC13032)基因组上的argR和argF基因进行敲除,比较两种敲除方法的优缺点,为合理选择敲除系统提供依据。【方法】特异性重组的Cre/loxP敲除系统是首先利用同源重组将基因组上的靶基因替换为两端带有重组位点loxP的kanR片段,然后由重组酶Cre识别loxP位点并发生重组反应,从而去除替换到基因组上的kanR片段,进一步利用质粒的温敏特性将其消除,从而实现靶基因的敲除。CRISPR-Cpf1敲除系统是利用Cpf1对pre-crRNA进行加工,形成的成熟crRNA引导Cpf1识别和结合到靶DNA的特定序列上并切割双链DNA分子,通过同源重组作用去除靶基因,基于质粒自身的温敏特性将其消除,从而完成基因敲除的整个过程。【结果】Cre/lox P系统可在8N+2 d内完成N轮迭代基因敲除,而CRISPR-Cpf1系统可在5N+2d内完成N轮迭代基因无痕敲除,理论上还可以一次对多个靶位点进行编辑,效率更高,但存在同源重组效率较低、假阳性率高等缺点。【结论】与Cre/loxP系统相比,CRISPR-Cpf1辅助的同源重组基因敲除方法可省时、省力地实现基因的无痕敲除,理论上还可实现多个基因的同时敲除、总体效率更高,然而编辑效率还有提高的空间。     

Analysis of the hli gene family in marine and freshwater cyanobacteria

Certain cyanobacteria thrive in natural habitats in which light intensities can reach 2000 micromol photon m(-2) s(-1) and nutrient levels are extremely low. Recently, a family of genes designated hli was demonstrated to be important for survival of cyanobacteria during exposure to high light. In this study we have identified members of the hli gene family in seven cyanobacterial genomes, including those of a marine cyanobacterium adapted to high-light growth in surface waters of the open ocean (Prochlorococcus sp. strain Med4), three marine cyanobacteria adapted to growth in moderate- or low-light (Prochlorococcus sp. strain MIT9313, Prochlorococcus marinus SS120, and Synechococcus WH8102), and three freshwater strains (the unicellular Synechocystis sp. strain PCC6803 and the filamentous species Nostoc punctiforme strain ATCC29133 and Anabaena sp. [Nostoc] strain PCC7120). The high-light-adapted Prochlorococcus Med4 has the smallest genome (1.7 Mb), yet it has more than twice as many hli genes as any of the other six cyanobacterial species, some of which appear to have arisen from recent duplication events. Based on cluster analysis, some groups of hli genes appear to be specific to either marine or freshwater cyanobacteria. This information is discussed with respect to the role of hli genes in the acclimation of cyanobacteria to high light, and the possible relationships among members of this diverse gene family.     

Growth regulation in irradiance limited marine Synechococcus sp. WH 7803

Examinations of the macromolecular components of the protein synthesizing system (RNA, DNA and protein) have been made in the marine cyanobacterium, Synechococcus sp. WH 7803. Slowly growing, irradiance limited cells have less RNA and lower rates of RNA synthesis than do those growing at rapid rates. RNA content and synthesis increase in conjunction with division rate. Protein content is variable. Protein synthesis increases up to a plateau at division rates less the maximum observed. The results imply that there is extra protein synthetic capacity produced at high, irradiance limited growth rates. Synechococcus sp. WH 7803 responds to an increase in irradiance through a rapid shiftup in macromolecular synthesis. RNA, protein and DNA increase in a sequential fashion which precedes the onset of cell division. After decreases in irradiance, protein synthesis is maintained despite reductions in RNA. This suggests that there is some degree of physiological buffering which occurs in this species. These studies indicate that, as in more extensively studied procaryotic models, the protein synthesizing system plays a central role in the global mechanisms regulating growth in Synechococcus sp. WH 7803.Abbreviations PSS protein synthesizing system - HMW high molecular weight - LMW low molecular weight - TCA trichloroacetic acid     

一株枯草芽孢杆菌的分离鉴定、生物学特性及其对水质净化的作用

【背景】随着水产养殖业的发展和养殖集约化程度的提高,养殖水环境日趋恶化,养殖动物病害频发,而水产益生菌因其环境友好、安全而被广泛应用于水产养殖中。【目的】从南美白对虾养殖池底泥分离枯草芽孢杆菌,探究其体外生物学特性及对水质的净化作用,以期扩充微生态制剂的种质资源。【方法】采用稀释涂布平板法分离菌株,通过形态学观察、生理生化特征、微生物鉴定系统表型测定以及16SrRNA基因序列分析对分离菌株鉴定分类;采用单因素控制法研究体外生物学特性;采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法测定养殖水体中亚硝酸盐(NO₂^--N)含量,纳氏试剂分光光度法测定氨氮(NH₃-N)含量,碱性高锰酸钾法测定化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)。【结果】通过表型鉴定和16S rRNA基因序列分析,从南美白对虾养殖池底泥中筛选了一株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)WH1。体外生物特性研究表明,菌株WH1比模式菌具有更强的耐高温、耐人工胃液、耐胆盐、抑制金黄色葡萄球菌和副溶血性弧菌能力,而且对欧洲食品安全局规定的用作饲料添加剂的芽孢杆菌必检的8种抗生素敏感,符合水产益生菌用作饲料添加剂的体外评价标准。此外,水质净化研究表明菌株WH1能显著降低水体中的NO₂^--N、NH₃-N含量及COD值(P<0.05)。【结论】筛选的枯草芽孢杆菌WH1可用作水质调控剂,同时具有用作饲料添加剂的体外生物学特性优势,有效扩充了微生态制剂的种质资源。     

来自南极洲类诺卡氏菌(Nocardioides sp.) InS609-2的全基因组序列分析

【背景】类诺卡氏菌（Nocardioides sp.） InS609-2是一株分离自南极洲罗斯海特拉诺瓦湾的恩克斯堡岛土壤中潜在的极地放线菌新种。尚无研究报道Nocardioides sp.InS609-2的全基因组序列，缺少对其功能基因、代谢产物合成途径及比较基因组学等的研究。【目的】解析Nocardioides sp.InS609-2的基因组序列信息，以深入挖掘次级代谢产物基因资源。【方法】利用Illumina HiSeq高通量测序平台对菌株InS609-2进行全基因组完成图测序，使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测和功能注释、预测次级代谢产物合成基因簇和共线性分析等。【结果】基因组最后得到的总长度为4 524 052 bp，G+C含量为69.42%，预测到4 656个基因、56个tRNA和6个rRNA。根据Nocardioides sp.InS609-2的全基因组测序结果，分别有3 761、3 052、1 767、4 134和2 725个基因在COG、GO、KEGG、NR和Swiss-Prot数据库中提取到注释信息。同时，还预测得到19个次级代谢产物合成基因簇。基因组测序数据提交至NCBI获得GenBank登录号为CP060034。Nocardioides sp.InS609-2与N. dokdonensis CP015079、N. yefusunii CP034929、N. euryhalodurans CP038267、N. seonyuensis CP038436、N. daphniae CP038462和N. okcheonensis CP087710这6株基因组同源性比较高的类诺卡氏菌进行共线性分析和蛋白聚类分类分析，得到的结果是7个基因组间既有保守性又各自有独特性。七个基因组共有44个蛋白聚类簇。最后进行16S rRNA基因系统发育树、泛基因组、core基因组和基因组进化树分析，进一步挖掘了Nocardioides sp.InS609-2的基因组信息。【结论】从基因组层面上预测了Nocardioides sp.InS609-2的次级代谢产物的生物合成基因簇，为InS609-2的后续相关研究提供了参考信息，具有重要意义。     

Evolution of sucrose synthesis

Cyanobacteria and proteobacteria (purple bacteria) are the only prokaryotes known to synthesize sucrose (Suc). Suc-P synthase, Suc-phosphatase (SPP), and Suc synthase activities have previously been detected in several cyanobacteria, and genes coding for Suc-P synthase (sps) and Suc synthase (sus) have been cloned from Synechocystis sp. PCC 6803 and Anabaena (Nostoc) spp., respectively. An open reading frame in the Synechocystis genome encodes a predicted 27-kD polypeptide that shows homology to the maize (Zea mays) SPP. Heterologous expression of this putative spp gene in Escherichia coli, reported here, confirmed that this open reading frame encodes a functional SPP enzyme. The Synechocystis SPP is highly specific for Suc-6(F)-P (K(m) = 7.5 microM) and is Mg(2+) dependent (K(a) = 70 microM), with a specific activity of 46 micromol min(-1) mg(-1) protein. Like the maize SPP, the Synechocystis SPP belongs to the haloacid dehalogenase superfamily of phosphatases/hydrolases. Searches of sequenced microbial genomes revealed homologs of the Synechocystis sps gene in several other cyanobacteria (Nostoc punctiforme, Prochlorococcus marinus strains MED4 and MIT9313, and Synechococcus sp. WH8012), and in three proteobacteria (Acidithiobacillus ferrooxidans, Magnetococcus sp. MC1, and Nitrosomonas europaea). Homologs of the Synechocystis spp gene were found in Magnetococcus sp. MC1 and N. punctiforme, and of the Anabaena sus gene in N. punctiforme and N. europaea. From analysis of these sequences, it is suggested that Suc synthesis originated in the proteobacteria or a common ancestor of the proteobacteria and cyanobacteria.     

转基因抗虫棉对不同生态环境的适应性研究

选用7个转基因抗虫棉品种WH₁、WH₂ 、WH₃ 、WH₄ 、WH₅、WH₆、BG₂ 和一个常规种泗棉 3号 (CK),在10个生态环境不同的试验点,对它们的抗虫特性和产量性状的适应性进行了研究.结果表明,转基因抗虫棉对棉铃虫 (Helicoverpa armigera)、棉红铃虫 (Pectinophora gossypiella)抗性很强,并且不受生态环境差异的影响,稳定程度较高.但其产量性状受环境影响较大,品种和试验点的互作效应显著.与对照相比,WH₆和BG₂ 的抗虫性和丰产性较好,可以在生产上应用.     

真菌Talaromyces stipitatus WH4-2中的抗菌活性成分

【目的】对真菌菌株WH4-2进行鉴定并分离鉴定具有抗菌活性的天然产物。【方法】综合菌落形态和ITS全序列分析,鉴定菌株种属。以抗菌活性分析为导向对其中的活性组分进行分离纯化,波谱分析鉴定结构。采用微量稀释法对化合物进行活性复筛,得最小抑菌浓度MIC值。【结果】真菌菌株WH4-2鉴定为Talaromyces stipitatus。从其土豆发酵液中分离鉴定化合物1 (5S-arugosin K)、2 (5R-arugosin K)、3 (5S-arugosin M)、4 (5R-arugosin M)和5 (Chrysophanol),其中1–4为含异戊烯基的dibenzo[b,e]oxepinone类化合物,5为蒽醌类化合物。1–4对Staphylococcus aureus ATCC43300、ATCC33591,Enterococcus faecium ATCC35667和Bacillussubtilis ATCC6633具有抗菌活性。【结论】含异戊烯基的Dibenzo[b,e]oxepinone类化合物是真菌T. stipitatus中抗菌活性成分。     

Naphtho[1,2- b]thiophene degradation by Pseudomonas sp. HKT554: involvement of naphthalene dioxygenase

Pseudomonas sp. strain HKT554 degrades naphtho[1,2- b]thiophene and two other isomers, naphtho[2,1- b]thiophene and naphtho[2,3- b]thiophene, by cometabolism, in the absence of any specific inducer, at similar degradation rates. A mutant of strain HKT554, deficient in dibenzothiophene degradation, was generated by using a recently developed transposition system. Sequence analysis of the mutant revealed that the knocked out gene was almost identical to naphthalene dioxygenase (EC 1.14.12.12). The mutant, HKT554M, degraded neither the naphthothiophene isomers nor dibenzothiophene, suggesting that the naphthalene dioxygenase is responsible for the initial catabolic reactions onto naphthothiophenes and dibenzothiophene.