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。     

ABC转运蛋白基因slnTI和slnTII与盐霉素生物合成的相关性

【目的】slnTI和slnTII是盐霉素生物合成基因簇中可能的两个转运蛋白基因,根据生物信息学的分析推测它们属于ABC转运蛋白家族。其中,slnTI编码ABC转运蛋白的ATP结合亚基,slnTII编码ABC转运蛋白的跨膜亚基,推测它们可能与盐霉素的外排有关。通过slnTI和slnTII的基因中断与超量表达研究它们对盐霉素生物合成产量和抗性的影响。【方法】利用REDIRECT?技术,在盐霉素产生菌白色链霉菌XM211中分别构建了slnTI和slnTII的基因置换突变株LJ01和LJ02,并通过基因回补对突变株进行了验证。利用整合型表达载体pPM927在白色链霉菌XM211中对slnTI和slnTII进行串联超量表达。将slnTI和slnTII导入变铅青链霉菌1326中进行异源表达,通过液体培养实验检测衍生菌株对盐霉素的抗性。【结果】相比出发菌株XM211,突变株LJ01中盐霉素的产量下降了27.2%,LJ02下降了45.4%,LJ01和LJ02中结构基因slnA3和调控基因slnR的转录水平都有明显降低。超量表达菌株LJ03中盐霉素的产量提高了14.6%,转录结果显示LJ03中不仅slnTI和slnTII自身转录水平有大幅提高,而且slnA3和slnR转录水平也显著升高。抗性检测结果表明,异源表达菌株变铅青链霉菌LJ04对盐霉素的抗性水平略有提高。【结论】slnTI和slnTII是与盐霉素生物合成和外排有关的ABC转运蛋白基因,但并不是白色链霉菌XM211对盐霉素的主要抗性基因。     

基于化学遗传学筛选产萘醌类化合物内生放线菌

【目的】为探究含具有抗肿瘤活性的美登素的滑桃(Trewia nudiflora)种子中内生放线菌的多样性,以及从内生放线菌中寻找萘醌类化合物产生菌。【方法】利用放线菌富集筛选培养基对经消毒处理的滑桃种子进行内生菌分离,根据菌落形态及16S rRNA基因序列分析进行菌种的分类鉴定。通过对所分离到的内生放线菌拮抗模式病原细菌(金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌)、作物病原真菌(小麦赤霉菌、水稻纹枯病致病菌等)活性检测,以及萘醌类化合物合成关键基因为探针定向筛选萘醌类化合物产生菌。【结果】从分离到的100余株滑桃种子内生菌中鉴定出66株以链霉菌为主的放线菌,发现Streptomyces sp.HTZ27菌株含有目标基因,经固体发酵、化合物分离纯化、鉴定后,发现该菌发酵产物中有呋喃萘醌I,得率接近5 mg/L。【意义】本研究采用的化学遗传学方法可有效提高筛选目标化合物产生菌的效率,所筛选到FNQ I产生菌为深入研究呋喃萘醌类化合物生物合成与调控、抗肿瘤分子机理以及产业化应用等创建了有利条件。     

噬菌体φHAU3的cos位点及其与寄主相互作用的功能位点attP和attB的定位

ＨＡＵ３是寄主范围很广的放线菌噬菌体。Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交实验表明,ＨＡＵ３可以整合到吸水链霉菌应城变种１０－２２和变铅青链霉菌６６的突变体ＺＸ１的染色体中,形成溶原,其溶原菌自发释放ＨＡＵ３,不受热激和紫外线照射的诱导。通过比较ＨＡＵ３衍生噬粒ｐＩＪ８３００的ＤＮＡ酶切片段在加热前、后电泳带谱的区别,将ＨＡＵ３的ｃｏｓ位点在ｐＩＪ８３００的图谱上得到了定位。还利用Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交的方法定位了ＨＡＵ３与宿主形成溶原时附着位点（ａｔｔＰ）,并利用脉冲电泳技术定位了在变铅青链霉菌ＺＸ７和吸水链霉菌应城变种１０－２２中形成溶原的附着位点（ａｔｔＢ）。这些信息均有利于以ＨＡＵ３为基础的载体的发展和优化。     

大线性质粒pHZ1000,pHZ1001在链霉菌种间的接合转移

从1979年首先在娄彻氏链霉菌(Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｒｏｃｈｅｉ)中发现第一例原核生物线性质粒ｐＳＬＡ2[1]至今,人们已在多种链霉菌中发现了线性质粒,大小12ｋｂ到640ｋｂ不等[2]。从红球菌[3]和诺卡氏菌中[4],在硫杆菌属和螺旋体属中,以及酵母、丝状真菌等真核生物中也都陆续发现了线性质粒的存在[5],大肠杆菌噬菌体Ｎ15的原噬菌体也是一种特殊的线性质粒[6]。线性质粒存在的生物学意义引起了人们的浓厚兴趣。然而20多年以来,链霉菌线性质粒,尤其是大线性质粒的研究始终进展不快。目前有关链霉菌线性质粒复制机理、端粒结构的阐明,都…     

利用氨基酸分子比鉴别放线菌胞壁类型的研究

对已知细胞壁为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型的21株（10属）放线菌进行了胞壁氨基酸组分的分析。结果表明,所有被检测菌株的细胞壁在氨基酸分析仪上均显示有谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和二氨基庚二酸（DAP）。而同一种胞壁类型的菌株,尽管是不同的种或属,氨基酸的总量也各不相同,但这4种氨基酸的分子比却有一个共同而稳定的相似比值,不同的胞壁类型则有不同的比值。从而使每种胞壁类型具有各自的特征,可以作为鉴别的一种有效指标。实验还发现,4株胞壁为111型的弗兰克氏菌以及Ⅳ型的1株诺卡氏菌和1株地中海拟无技酸菌,在薄层层析中除显示有me     

春雷霉素低产和高产菌株的比较基因组分析

氨基糖苷类抗生素春雷霉素由春雷链霉菌和小金色链霉菌产生,广泛应用于农业病害的防治。本研究利用二代和三代测序技术相结合的策略对低产的春雷链霉菌BCRC12349(Streptomyces kasugaensis BCRC12349,LY)和高产的小金色链霉菌XM301(S.microaureus XM301,HY)进行了全基因组测序,发现高产菌株染色体比低产菌株小了将近200 kb。比较基因组分析发现,与低产菌株相比,高产菌株中存在41个插入缺失(In Del)和164个单碱基突变位点(SNV)。基于RNA-seq的比较转录组分析发现,高产菌株中的一些初级代谢关键基因、春雷霉素前体合成相关基因、春雷霉素生物合成基因簇内部基因的转录发生了上调。同时发现基因组中调控基因有44个显著上调、16个显著下调,转运蛋白基因有32个显著上调、11个显著下调。高产菌株和低产菌株基因组和转录组的比较分析为春雷霉素产生菌的进一步高产改造提供了理论基础。