固碳产油微藻的基因工程改造

藻种的选育和基因工程改造是微藻生物柴油研究的核心。为此,简要综述了微藻从光合作用到甘油三酯(TAG)合成过程中的关键基因及其代谢调控等方面的研究进展。从光合作用固碳、中心碳代谢、脂肪酸合成、TAG的组装、抑制TAG合成的竞争途径及脂类的分解途径等几个方面入手,浅析各个代谢途径中关键基因的作用及其表达调控。在此基础上,探讨微藻基因工程改造的可行性并指出微藻生物柴油在生物质能源领域中的前景及其综合利用的发展优势。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

SCAP与胆固醇水平的调节机制

SREBP裂解激活蛋白（SREBP cleavage-activating protein,SCAP）是哺乳动物脂质合成和摄入的中心调节因素。在胆固醇代谢的反馈调节系统中,SCAP与膜结合转录因子胆固醇调节元件结合蛋白（sterol regulatory element binding proteins,SREBPs）等调节因子,共同控制一系列酶编码基因的转录过程,包括胆固醇和脂肪酸生物合成过程中所需的酶。作者介绍了SREBP的结合、分类和功能及其二步蛋白水解释放;SCAP的结合和作用机制及其在胆固醇水平调节中的作用;SCAP基因缺陷型及其胆固醇水平异常,并提出了尚待解决的问题,对SCAP的研究是胆固醇水平调节领域的一个新课题。     

肽聚糖的生物合成及其调控机制研究进展

肽聚糖(peptidoglycan)是细菌细胞壁的重要组成部分,对于维持细胞形态、大小及存活至关重要;同时,肽聚糖是众多常用抗生素的作用靶点。在细菌的正常生长过程中,肽聚糖不断地合成和水解,为了保证细胞壁的完整性,肽聚糖生物合成过程必然受到严谨的时空调控。肽聚糖的生物合成及其调控机制是微生物学中重要的基础研究之一,近年来国内外研究团队在该领域取得了突破性研究进展。基于此,本文综述了肽聚糖的从头合成和循环再利用过程,并重点阐述了肽聚糖合成关键酶——肽聚糖合酶及其调控机制的最新研究进展。最后,本文对未来需要加强研究的方向进行了展望。     

植物ω-7脂肪酸的系统代谢工程

ω-7脂肪酸（C16：1△9,C18：1△11,C20：1△13）,特别是棕榈油酸（C16：1△9）具有重要的工业、营养和医药价值。这些珍稀脂肪酸大多在一些野生植物的种子中合成,不能商业化生产。对普通油料作物的油脂代谢途径进行遗传修饰,使其种子大量合成并积累ω-7脂肪酸,已成为生物技术和可再生资源研究的一个热点领域。基因操作的主要靶标包括：不同来源的△9脱氢酶的应用、提高底物（C16：0）的浓度、共表达质体型和内质网型？9脱氢酶以及代谢物流的优化等。该文在解析ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控网络的基础上,重点论述了ω-7脂肪酸代谢工程的技术策略、研究进展和存在的问题,并进一步讨论了油脂物组学和转基因组学等组学技术在鉴定参与ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控的特异基因和优化油脂代谢工程设计上的应用前景。     

畜禽PPARα基因研究进展

过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)是核激素受体家族中的配体激活受体,控制许多细胞内的代谢过程,PPARα作为过氧化物酶体增殖物激活受体家族重要成员之一,是调控机体脂质代谢的重要枢纽,在调控畜禽机体肝脏脂质代谢方面有重要作用。PPARα基因由四个结构域组成,多在机体肝脏和脂肪组织中表达,可作为细胞核受体被外源和内源的特异性配体结合并激活,进而结合靶基因发挥对肝脏脂质代谢的调控作用。就PPARα基因的结构特点及表达模式、PPARα基因对肝脏脂代谢的调控机制,以及现阶段PPARα在畜禽方面的研究进展进行阐述,旨在引起人们对PPARα基因调控脂质代谢的关注,并为畜禽肝脏脂质代谢过程的机理研究和相关疾病的治疗提供一些理论支持。     

植物次生代谢基因工程研究进展

随着对植物代谢网络日渐全面的认识,应用基因工程技术对植物次生代谢途径进行遗传改良已取得了可喜的进展.对次生代谢途径进行基因修饰的策略包括:导入单个、多个靶基因或一个完整的代谢途径,使宿主植物合成新的目标物质;通过反义RNA和RNA干涉等技术降低靶基因的表达水平,从而抑制竞争性代谢途径,改变代谢流和增加目标物质的含量;对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累.作者结合对大豆种子异黄酮类代谢调控和基因工程改良的研究,着重介绍了花青素和黄酮类物质、生物碱、萜类化合物和安息香酸衍生物等次生代谢产物生物合成的基因工程研究进展.     

固醇调节元件结合蛋白-1信号通路研究进展

固醇调节元件结合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein-1,SREBP-1)是脂质代谢重要的核转录因子之一,主要调控脂肪酸、甘油三酯和胆固醇的生物合成。SREBP-1及其靶基因的异常表达能够引起胰岛素抵抗、糖尿病和脂肪肝等一系列代谢性疾病。因此,认识SREBP-1信号通路上下游各因素的表达调控作用就显得非常重要。该文总结了受SREBP-1调控表达的靶基因的特点,着重介绍了胰岛素等上游因子在SREBP-1调控过程中的作用,为指导治疗各类代谢性疾病提供新的思路。     

The global regulator LaeA controls penicillin biosynthesis, pigmentation and sporulation, but not roquefortine C synthesis in Penicillium chrysogenum

The biosynthesis of the beta-lactam antibiotic penicillin is an excellent model for the study of secondary metabolites produced by filamentous fungi due to the good background knowledge on the biochemistry and molecular genetics of the beta-lactam producing microorganisms. The three genes (pcbAB, pcbC, penDE) encoding enzymes of the penicillin pathway in Penicillium chrysogenum are clustered, but no penicillin pathway-specific regulators have been found in the genome region that contains the penicillin gene cluster. The biosynthesis of this beta-lactam is controlled by global regulators of secondary metabolism rather than by a pathway-specific regulator. In this work we have identified the gene encoding the secondary metabolism global regulator LaeA in P. chrysogenum (PcLaeA), a nuclear protein with a methyltransferase domain. The PclaeA gene is present as a single copy in the genome of low and high-penicillin producing strains and is not located in the 56.8-kb amplified region occurring in high-penicillin producing strains. Overexpression of the PclaeA gene gave rise to a 25% increase in penicillin production. PclaeA knock-down mutants exhibited drastically reduced levels of penicillin gene expression and antibiotic production and showed pigmentation and sporulation defects, but the levels of roquefortine C produced and the expression of the dmaW involved in roquefortine biosynthesis remained similar to those observed in the wild-type parental strain. The lack of effect on the synthesis of roquefortine is probably related to the chromatin arrangement in the low expression roquefortine promoters as compared to the bidirectional pbcAB-pcbC promoter region involved in penicillin biosynthesis. These results evidence that PcLaeA not only controls some secondary metabolism gene clusters, but also asexual differentiation in P. chrysogenum.     

Initiation of actinorhodin export in Streptomyces coelicolor

Many microorganisms produce molecules having antibiotic activity and expel them into the environment, presumably enhancing their ability to compete with their neighbours. Given that these molecules are often toxic to the producer, mechanisms must exist to ensure that the assembly of the export apparatus accompanies or precedes biosynthesis. Streptomyces coelicolor produces the polyketide antibiotic actinorhodin in a multistep pathway involving enzymes encoded by genes that are clustered together. Embedded within the cluster are genes for actinorhodin export, two of which, actR and actA resemble the classic tetR and tetA repressor/efflux pump-encoding gene pairs that confer resistance to tetracycline. Like TetR, which represses tetA, ActR is a repressor of actA. We have identified several molecules that can relieve repression by ActR. Importantly (S)-DNPA (an intermediate in the actinorhodin biosynthetic pathway) and kalafungin (a molecule related to the intermediate dihydrokalafungin), are especially potent ActR ligands. This suggests that along with the mature antibiotic(s), intermediates in the biosynthetic pathway might activate expression of the export genes thereby coupling export to biosynthesis. We suggest that this could be a common feature in the production of many bioactive natural products.