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。     

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。     

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。     

染色体DNA琼脂糖包埋法辅助的ExoCET技术克隆放线菌天然产物生物合成基因簇

【目的】本研究旨在通过将琼脂糖包埋染色体DNA的方法与ExoCET重组技术相结合,建立放线菌天然产物生物合成基因簇的捕获方法。然后将克隆基因簇导入通用底盘宿主中,实现目标生物合成基因簇的异源表达。【方法】首先,利用低熔点琼脂糖包埋技术制备菌株的染色体基因组总DNA,再用限制性内切酶消化含有染色体DNA的琼脂块,获得线性化的DNA样品;然后利用ExoCET重组技术,以p15A线性载体片段将目标基因簇线性片段进行捕获;再通过PCR-targeting的方法向目标质粒中引入所需的接合转移DNA元件。接着,将改造质粒通过接合转移导入到Streptomyces coelicolor M1252宿主中,获得不同的重组菌株。最后,对不同的菌株进行发酵并提取化合物,最后进行活性检测以及质谱检测。【结果】通过该方法,从菌株S.lincolnensisNRR2936中成功获得了林可霉素生物合成基因簇(lmb-BGC),从菌株Nonomuraea nitratireducens WYY166^T中克隆得到了2个核糖体肽类化合物的生物合成基因簇(nioblantin,niob-BGC和nitblantin,nitb-BGC),并实现了lmb-BGC在天蓝色链霉菌M1252中的成功表达。【结论】本研究通过将低熔点琼脂糖包埋技术与ExoCET重组技术进行合理整合,定向克隆得到了林可霉素以及2个新颖的羊毛硫肽类化合物的生物合成基因簇。然后,分别对重组质粒改造后,在天蓝色链霉菌M1252宿主中进行表达,分别获得重组菌株MJX01、MJX02和MJX04。最后,利用质谱以及活性测试的手段对发酵提取物进行了检测,确定了林可霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1252中成功表达。本研究为通过基因簇克隆和异源表达发掘新化合物奠定了基础。     

抗细菌药物默诺霉素的化学生物学研究进展

默诺霉素(moenomycins)家族类化合物主要是由链霉菌产生,属于磷酸糖脂类抗生素。该类化合物通过与细菌细胞壁肽聚糖糖基转移酶(peptidoglycan transferase,PGT)的活性位点结合,可以抑制众多革兰氏阳性细菌细胞壁的合成,具有很强的生物活性和重要的应用开发潜力。本文针对默诺霉素的化学结构、生物活性机制、抗性机制、生物合成研究途径、外排机制和新结构创制等化学生物学方面进行了系统综述,并对默诺霉素化学生物学研究现状以及可能存在的问题进行了总结,旨在为高活性磷酸糖脂类临床药物的研究与开发提供借鉴。     

浅紫灰链霉菌CQ01819及其次级代谢产物的定向发掘

【目的】采用特征次级代谢产物生物合成的保守功能基因探针,定向分离土壤中产生特征次级代谢产物的菌种资源,借助基因转录分析为导向的培养基优化方法,获得目标次生代谢产物。【方法】首先,根据5种特征次级代谢产物保守的合成功能基因设计简并引物,定向从土壤样品中筛选、分离并纯化菌株。然后,以RT-qPCR为指导开展目标产物的发酵培养基优化;最后,对菌株进行发酵,利用多种色谱技术分离纯化目标天然产物,并结合高分辨质谱与核磁共振等技术对所获得的化合物进行结构鉴定。【结果】从土壤中筛选得到了一株AHBA合酶基因和环氧化酶基因均为阳性的链霉菌菌株(编号为CQ01819),根据转录分析优化发酵培养基,最终从该菌株分离纯化得到了含有AHBA结构单元的丝裂霉素C、聚醚类抗生素莫能霉素A和缬吲霉素。【结论】本研究通过菌株的定向分离纯化,筛选得到了产生预期抗生素的浅紫灰链霉菌菌株CQ01819;基于RT-qPCR指导的发酵培养基优化,确定了菌株的发酵条件;获得发酵粗提物后,采用多种色谱整合技术和光谱分析策略,快速分离并鉴定了目标产物。该研究为目标菌种资源的定向筛选、菌株的发酵条件的快速优化和化合物的定向分离提供了较好的参考。     

大肠杆菌-链霉菌高效接合载体的构建及其应用

以链霉菌质粒SCP2 的衍生质粒pHJL400为基础 ,构建了能够在大肠杆菌到链霉菌之间进行高效接合转移的质粒pGH112。pGH112含有在大肠杆菌和链霉菌中复制起始位点 ,以及分别在大肠杆菌和链霉菌中进行筛选的抗性标记。用pGH112转化EscherichiacoliET12567(pUZ8002 )后 ,与天蓝链霉菌 (StreptomycescoelicolorA3(2 ) )、除虫链霉菌 (Streptomycesavermitilis)、变铅青链霉菌 (StreptomyceslividansTK54 )、毒三素链霉菌 (StreptomycestoxytriciniNRRL15443)、委内瑞拉链霉菌 (Streptomyces.venezuelaeISP5230 )和红色糖多孢菌 (Saccharopolyporaerythraea)进行接合 ,发现本文构建的pGH112与pKC1139相比 ,接合转移效率较高 ,稳定性好 ,而且宿主范围较广。把组成型启动子ermE 与绿色荧光蛋白基因 (gfp)克隆到本文构建的pGH112 ,通过接合转移到链霉菌中 ,gfp获得表达,证明其可以用作基因接合转移的有效工具载体,这为研究链霉菌的基因功能创造了有利条件上。