基于微生物共培养的隐性基因簇激活策略

微生物次级代谢产物是药物先导化合物的重要源泉之一。随着测序技术的迅猛发展,越来越多的微生物基因组得以测序完成。伴随着测序技术的进步,生物信息学也得到了快速发展。基因组序列分析发现,链霉菌和丝状真菌等微生物中存在大量的已知的或未知的次级代谢物生物合成基因簇(secondary metabolite-biosynthetic gene clusters,SM-BGCs)。然而,在实验室培养条件下大部分基因簇无法表达或表达量很低,导致难以发现这些基因簇所对应的代谢产物,人们将这类基因簇称为“隐性基因簇”或“沉默基因簇”。通过调节基因簇中特异调控基因或基因簇外全局性调控基因的表达,对代谢途径的定向改造,以及将基因簇导入异源宿主等策略,能够激活部分隐性基因簇的表达。通过激活隐性基因簇的表达,能够发现通过常规实验室培养无法获得的具有独特生物活性的新结构代谢产物,成为创新药物的重要来源之一。然而,这些基因簇激活策略都严重依赖于对特定菌株或宿主的遗传操作。近年来,通过模拟自然混合培养中微生物间相互作用,开发了通过混合特定微生物菌株在厌氧或好氧条件下激活隐性基因簇的方法,称之为共培养激活策略。这种策略不依赖于基因组信息,也不依赖于对特定菌株或宿主的遗传操作技术,具有操作简单和方便的优点。共培养策略需要混合培养的不同微生物具有相似的生长速度以及不能够产生拮抗等要求,因而也部分限制了该策略的应用。近期合成微生物组学的出现有可能改变这一限制,使共培养策略得到更加广泛的应用。本文围绕微生物共培养体系和应用、基于共培养策略的产物挖掘以及可能的激活机制等进行了综述。     

苏云金芽孢杆菌gerA操纵子在芽孢萌发中的作用

芽孢萌发的营养诱导剂通过与特异的萌发受体结合激活下游的萌发过程,从而使芽孢经过一系列的遗传变化及生化反应恢复营养生长.从苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)中克隆到一个与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)gerA操纵子和蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)gerR操纵子同源的gerA操纵子.苏云金芽孢杆菌gerA操纵子含有3个开放读码框:gerAA、gerAC和gerAB,该操纵子在产孢起始3个小时后开始转录.gerA的破坏阻断了L-丙氨酸诱导的芽孢萌发并且延迟了肌苷诱导的萌发.在L-丙氨酸诱导芽孢萌发的过程中D-环丝氨酸能够提高芽孢的萌发率.     

CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用

丝状真菌(filamentous fungi)通常指那些菌丝体较发达且不产生大型肉质子实体结构的真核微生物。丝状真菌不仅在自然界物质循环中发挥着重要作用,还与人类健康和工农业生产有着紧密的联系。然而,对丝状真菌进行遗传操作相对困难,极大地妨碍了丝状真菌的遗传学研究。成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(clustered regulatory interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9, CRISPR/Cas9)是近年来发现的一种存在于细菌和古菌中保守的获得性免疫防御机制。最近,CRISPR/Cas9被开发成为了一种方便灵活的基因组编辑技术。目前,该技术已经广泛应用在不同物种的基因组编辑中。本文概述了CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用进展,旨在为开展该领域的研究工作提供参考。     

2015年中国微生物遗传学研究领域若干重要进展

中国微生物遗传学研究在2015年取得了重要进展。本文回顾了2015年度中国本土科研团队在微生物遗传学领域取得的若干重要科研进展,扼要介绍了若干重点论文,展示了中国科学家在本领域的学术贡献。在基础微生物遗传学领域,明确了调控基因表达的一系列重要生物大分子的组成、结构和功能,解析了微生物免疫系统识别外源核酸片段的分子基础,阐明了多个微生物来源重要活性物质的生物合成途径及新颖的酶学反应过程,发现了微生物基因表达调控的新机理,在微生物发育、进化与群体行为生物学方面也取得一定进展。在工业微生物遗传学方面,阐明了微生物制造及其分子基础。在病原微生物遗传学方面,研究了多个致病菌的遗传调控,明晰了致病菌-宿主相互作用的遗传机制,在基因组水平解析了微生物耐药、新发病原和环境微生物的遗传机理,为致病菌防控新措施的研发提供了基础。在微生物多样性与环境微生物遗传学方面,展示了利用微生物遗传多样性的特点通过催化获得特定手性的化合物具有较好应用前景,肠道微生物组学研究方兴未艾。     

圈卷产色链霉菌7100分化相关基因——sawE的结构与功能

以天蓝色链霉菌的whiB基因为探针,从圈卷产色链霉菌7100的总DNA部分文库中克隆了含有whiB同源序列的28kb DNA片段,并对其中的14kb片段进行了序列测定。序列分析表明,该片段含有一个完整的开放阅读框—sawE。预测的蛋白质结构及同源性分析显示,sawE与天蓝色链霉菌孢子形成早期的关键基因whiB高度同源,编码产物为一个调控蛋白。sawE的破坏使圈卷产色链霉菌7100的分化终止在气生菌丝阶段,在延长培养时间的情况下仍保持白色的表型,菌丝不能分隔,不能形成成熟的灰色孢子,结果表明sawE基因是一个与圈卷产色链霉菌分化有关的重要基因。     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

头孢菌素C生物合成调控研究进展北大核心CSCD

头孢菌素C由丝状真菌顶头孢霉产生,属于β-内酰胺类抗生素。其经改造后的7-氨基头孢烷酸是头孢类抗生素的重要中间体。头孢类抗生素在国内外抗生素市场中占有巨大的份额,是临床上的主要抗感染药物。随着分子生物学的发展,头孢菌素C的生物合成途径已基本阐明。为提高头孢菌素C的产量和降低生产成本,越来越多的研究者开始关注其较为精细、复杂的调控机制。本文重点对头孢菌素C生物合成及其调控机制的最新进展进行了简述,希望为今后头孢菌素C生产菌株的菌种改造和传统产业的升级换代提供一定的借鉴。     

苏云金芽孢杆菌芽孢萌发相关基因gerM的克隆及功能研究

采用土壤平板法和稀释平板法,自湖北神农架自然保护区的14份土壤样品中分离得到40个暗色丝孢菌分离物,鉴定为16属23种。其中,湖北弯孢Curvularia hubeiensis为一新种,嗜热革节孢Scytalidium thermophilum和禾色串孢Torula graminis为中国新记录种。对新种及中国新记录种作了详细的描述。其余20种为国内已报道种。所有研究菌株的干制培养物标本与活菌种均存放在山东农业大学植物病理学标本室(HSAUP)。     

稻麦轮作FACE系统平台I.系统结构与控制

在稻麦轮作水稻田建立FACE系统 (Free AirCO2 Enrichment) ,即CO2 浓度的控制和监测系统平台 .利用计算机网络系统对平台的CO2 浓度进行监测控制 ,根据大气中的CO2 浓度、风向、风速 ,作物冠层高度的CO2 浓度及昼夜等因素的变化调节CO2 气体的释放速度及方向 ,实现FACE圈的CO2 浓度高于周围大气CO2 浓度 2 0 0 μmol·mol-1.试验表明 ,影响控制精度的主要因素有风速、作物和土壤呼吸作用和扩散层高度 .经过控制方程参数调整 ,在白天 ,控制精度达到 80 %的时间占总时间的白天达到 83% ,夜晚为6 8% .FACE圈内的CO2 分布基本均匀 .平均CO2 设置浓度白天为 5 5 7mol·mol-1,晚上为 6 0 8mol·mol-1.圈内CO2 浓度分布基本上沿放气管对称分布 ,由边沿向中心逐步降低 .2 0 0 1年水稻生长季节平均控制精度 (TAR)达到白天 1.0 3和晚间 1.0 9.