植物内生链霉菌Streptomyces sp. SAT1的基因组测序和比较基因组分析

【背景】一直以来,链霉菌都是活性物质的主要生产者,近年来随着抗生素滥用引起的环境和微生物抗药性问题越发严重,挖掘高效生物防治因子和新型抗生素成为了解决以上问题的重要手段。【目的】通过获得植物内生链霉菌SAT1全基因组序列和次级代谢基因簇信息,利用比较基因组学和泛基因组学分析SAT1菌株的特殊性以及与其他链霉菌的共性,为阐明SAT1抑菌和内生机制提供理论基础,为揭示链霉菌的生态功能提供可靠数据。【方法】通过三代测序平台PacBio Sequel完成SAT1基因组测序,利用生物信息学技术进行注释和功能基因分类;分别利用RAxML和PGAP软件进行系统发育树的构建和泛基因组分析;次级代谢基因簇的预测和分析通过antiSMASH网站完成。【结果】获得SAT1菌株的全基因组完成图,该菌线性染色体长度约7.47 Mb,包含有4个质粒,GC含量近73%,共预测到7 550个蛋白编码基因,含有37个次级代谢基因簇,分属29个类型,其中默诺霉素基因簇与加纳链霉菌具有较高相似性。42株代表链霉菌中,单个菌株次级代谢基因簇数量为20-55个,主要类型为PKS类、Terpene类和Nrps类,而且含有大量杂合基因簇,各个菌株中特有基因数目较为庞大。【结论】链霉菌SAT1菌株在基因组特点以及次级代谢基因簇的数量和类型上与其余41株链霉菌具有一定的共性,其中潮霉素B基因簇和默诺霉素基因簇合成的相关物质可能与SAT1抑菌活性密切相关。42株链霉菌中次级代谢基因簇数量的多少与基因组大小成正相关,同时大量杂合基因簇以及庞大的特有基因数目的存在说明链霉菌在长期进化过程中存在了很高程度的水平基因转移现象,可能具有重要的生态功能。     

桑氏链霉菌KJ07抗菌蛋白的分离纯化及部分特性

【目的】桑氏链霉菌(Streptomyces sampsonii)KJ07对无性阶段的杨树紫纹羽病菌(Rhizoctonia violacea)有较强的拮抗作用。为研究其抗菌物质,对其发酵液中主要抗菌物质进行分离纯化并明确其部分性质。【方法】采用硫酸铵分级沉淀、DEAE Sepharose Fast Flow离子交换层析、Sephadex G-50分子筛层析等方法进行分离纯化。【结果】获得单一抗菌活性蛋白,分子量约为28.4 k D。该抗菌蛋白抑菌谱较广,能使R.violacea菌丝畸形,菌丝隔膜不明显,细胞壁及胞内原生质开始降解,并产生黑色物质。稳定性试验显示抗菌蛋白最适温度为25°C,最佳p H为6.0,当温度≥60°C时,抑菌活性下降大于20%,当p H4.0或≥8.0时,抑菌活性下降大于12%。其活性还受金属阳离子影响,但对蛋白酶K不敏感。利用自动Edman降解法测得抗菌蛋白N端10个氨基酸序列,但通过NCBI BLAST程序未检索到与其相似性较高的已知抗菌蛋白。【结论】推测该抗菌蛋白可能是一种新的蛋白质。     

链霉菌基因组及次生代谢研究进展

链霉菌属革兰氏阳性放线菌,具有复杂的生活周期和次生代谢途径,并产生大量具有重要价值的天然代谢物。本文概述了链霉菌基因组染色体的独特结构与次生代谢途径的研究进展,重点论述了利用基因组信息改造和调控链霉菌次生代谢途径的研究成果。后基因组时代的功能基因组研究使人类能深入了解链霉菌家族,对链霉菌进行更加合理高效的遗传操作,为提高具有重要价值的天然代谢物的产量和获得新代谢物创造更有利的条件。     

桑氏链霉菌几丁质酶ChiKJ40基因的克隆表达及其抑菌作用

【背景】目前关于桑氏链霉菌(Streptomyces sampsonii)生防基因的研究不多,仅从其基因组中克隆了2个几丁质酶基因片段,其单个几丁质酶的完整基因序列相关研究未见报道。【目的】克隆S.sampsonii KJ40的几丁质酶基因Chi KJ40并进行原核表达,纯化重组蛋白并研究其抑菌作用。【方法】采用PCR扩增法从S.sampsonii KJ40中克隆几丁质酶基因Chi KJ40,连接到表达载体p ET-32a,导入Escherichia coli BL21(DE3)进行诱导表达。使用His标记蛋白质微量纯化试剂盒对重组几丁质酶进行纯化,Bradford蛋白浓度测定试剂盒测定粗酶液和纯化酶液的浓度,几丁质酶试剂盒测定粗酶液和纯化酶液的几丁质酶活性。观察重组几丁质酶对桉树焦枯病菌(Cylindrocladium scoparium)、栗疫病菌(Cryphonectria parasitica)、链格孢菌(Alternaria alternate)、紫丝核菌(Rhizoctonia violacea)几种致病真菌的抑菌作用。【结果】Chi KJ40基因(登录号为MF434484)在E.coli中经IPTG诱导表达,获得42 k D的重组几丁质酶,不同浓度IPTG在37°C诱导3 h,蛋白产量无明显变化。0.2 mmol/L IPTG 16°C诱导过夜,重组几丁质酶主要以可溶性形式存在于上清,小部分以包涵体存在于沉淀中。粗酶液几丁质酶活性为0.080 U/m L,酶比活力为0.041 U/mg,纯化酶液几丁质酶活性为0.046 U/m L,酶比活力为0.115 U/mg,纯化倍数为2.8,酶活回收率为57.5%。重组几丁质酶处理后,C.scoparium、C.parasitica和A.alternata菌丝细胞出现分节、膨胀,R.violacea菌丝溶解且部分被破坏成碎片。【结论】Chi KJ40基因的研究补充了S.sampsonii的生防背景,为几丁质酶基因找到了新的来源,并为其应用奠定了理论基础。     

生防菌解淀粉芽孢杆菌 SQ-2 全基因组测序及生物信息学分析

【背景】解淀粉芽孢杆菌SQ-2是从市售豆瓣酱中分离得到的一株益生菌,实验表明菌株SQ-2具有较强的抑制植物病原真菌的能力,说明SQ-2具有较好的生物防治能力,有作为生物农药的潜力。【目的】研究菌株SQ-2的遗传信息并揭示其抑菌机制。【方法】在Illumina MiSeq X10平台上对菌株SQ-2进行全基因组测序,使用Trim Galore V.0.4.0清理原始数据,并使用FastQC检查质量;使用SOAPdenovo2进行从头组装,使用antiSMASH鉴定负责次级代谢产物生物合成的基因。【结果】解淀粉芽孢杆菌SQ-2基因组大小为3 486 537 bp,GC含量为46.63%,共编码4298个基因,共发现11个与次级代谢产物生物合成相关的基因簇,其中6个被确定为抗真菌物质合成簇,分别编码bacillaene、bacilysin、butirosin、fengycin、bacillibactin和surfactin。基因组框架测序数据提交至NCBI获得GenBank登录号为JAHXSB000000000。超高液相色谱/质谱联用分析表明产生了儿茶酚型嗜铁素、多烯类和表面活性肽。【结论】...     

出芽短梗霉菌株PA-2全基因组测序及分析

【背景】出芽短梗霉菌株PA-2是一株分离自青海省海东市平安区患病杨树叶片上的真菌,前期研究表明该菌株具有除草和抑菌能力,说明其在生物农药方面具有潜在的应用前景。【目的】了解菌株PA-2的基因组序列信息,挖掘其生防相关功能基因簇,为进一步研究解析该菌株生防机理及生防功能改造提供遗传背景信息。【方法】利用IlluminaHiSeq高通量测序平台对生防菌株PA-2进行全基因组测序,用生物信息学的方法对测序数据进行基因组组装、基因预测及功能注释、碳水化合物活性酶预测、次级代谢产物合成基因簇预测,利用刚果红染色等方法对水解酶活性进行衡量。【结果】菌株PA-2基因组序列全长28 932 793 bp,平均GC含量为50%,共编码10 839个基因,预测到该菌株具有4个已知的次级代谢产物合成基因簇,编码Melanin、Burnettramic Acid A、ACR-Toxin I、Abscisic Acid,该菌株能水解纤维素和果胶。【结论】有助于在基因组层面上解析菌株PA-2生防机制的内在原因,为深入了解出芽短梗霉菌次级代谢物合成途径提供参考,对菌株PA-2的下一步相关研究具有重要意义。     

解淀粉芽孢杆菌生防菌BS-3全基因组测序及生物信息分析

[背景]解淀粉芽孢杆菌BS-3是从健康橡胶树树根中分离获得的一株对真菌具有较强抗菌活性的内生细菌,有作为生物农药的潜力.[目的]解析菌株BS-3的基因组序列信息,以深入研究该菌株防病促生机制及挖掘次级代谢产物基因资源.[方法]采用第二代BGISEQ与第三代PacBio平台相结合的测序技术,对生防菌BS-3进行全基因组测...     

链霉菌来源生物碱及药理活性研究进展

不同来源的链霉菌所产生的次级代谢产物具有结构新颖、复杂多样且生物活性良好,是具有研究潜力的药物资源;生物碱类化合物是链霉菌代谢产物中重要活性成分之一。近十年从链霉菌中已经报道了许多生物碱的成分,本文按菌株来源综述了2007~2017年间报道的链霉菌来源的生物碱及其生物活性,为其他研究生物碱及其活性研究提供指导。     

海洋链霉菌次级代谢产物研究进展

链霉菌作为最高等的放线菌,广泛分布于多种生态环境中,具有复杂而独特的形态分化周期和强大的次级代谢能力。链霉菌的次级代谢产物具有抗感染、抗肿瘤、抗炎抗氧化、免疫调节等生物活性,是天然活性产物的主要来源之一。近年来随着对海洋资源的开发,许多新型的海洋链霉菌及其丰富的次级代谢产物被发现。从海洋链霉菌的生物活性物质、育种和发酵培养3个方面综述了海洋链霉菌次级代谢产物的研究进展,以期为缩短海洋链霉菌的发酵周期,提高次级代谢产物产量活性以及开发新型的海洋药物等提供参考和借鉴。     

链霉菌次级代谢调控机制进展

链霉菌除具有复杂的形态分化特征外 ,还可以产生多种具有重要应用价值的次级代谢产物 ,这两个过程密切相关。因此 ,链霉菌存在着原核生物中罕见的庞大而复杂的调控网络。链霉菌在遗传水平有三个层次的调控 ,分别是 :途径特异性调控、多效调控和全局调控。阐明这些调控网络将为利用代谢工程手段提高次级代谢产物的产量并对其进行结构改造奠定理论基础 ,还将有助于发现新的有价值的天然产物。     

链霉菌细胞色素P450研究进展

链霉菌中存在大量的细胞色素P450,它们在链霉菌次生代谢产物的生物合成和外来化学物质代谢过程中发挥了重要作用.本文综述了链霉菌中发现的细胞色素P450及其功能的研究进展,分析了存在的问题和研究应用前景.     

耐热黑曲霉3.316菌株全基因组测序及分析

黑曲霉3.316是一株耐热型丝状真菌,最高生长温度达47℃,在工业发酵中有着巨大的应用潜力.为了更加充分地在工业发酵中利用其耐热特性,需要对菌株信息进行全面了解.通过PacBio Sequel测序平台的CLR测序方式对黑曲霉3.316菌株进行全基因组测序.结果表明,基因组最后得到15个contigs,总长度为34 95...     

Directed sequencing and annotation of three Dicentrarchus labrax L. chromosomes by applying Sanger- and pyrosequencing technologies on pooled DNA of comparatively mapped BAC clones

Dicentrarchus labrax is one of the major marine aquaculture species in the European Union. In this study, we have developed a directed-sequencing strategy to sequence three sea bass chromosomes and compared results with other teleosts.Three BAC DNA pools were created from sea bass BAC clones that mapped to stickleback chromosomes/groups V, XVII and XXI. The pools were sequenced to 17-39x coverage by pyrosequencing. Data assembly was supported by Sanger reads and mate pair data and resulted in superscaffolds of 13.2 Mb, 17.5 Mb and 13.7 Mb respectively. Annotation features of the superscaffolds include 1477 genes. We analyzed size change of exon, intron and intergenic sequence between teleost species and deduced a simple model for the evolution of genome composition in teleost lineage.Combination of second generation sequencing technologies, Sanger sequencing and genome partitioning strategies allows “high-quality draft assemblies” of chromosome-sized superscaffolds, which are crucial for the prediction and annotation of complete genes.     

Whole-genome sequencing of Mesorhizobium huakuii 7653R provides molecular insights into host specificity and symbiosis island dynamics

Background

Evidence based on genomic sequences is urgently needed to confirm the phylogenetic relationship between Mesorhizobium strain MAFF303099 and M. huakuii. To define underlying causes for the rather striking difference in host specificity between M. huakuii strain 7653R and MAFF303099, several probable determinants also require comparison at the genomic level. An improved understanding of mobile genetic elements that can be integrated into the main chromosomes of Mesorhizobium to form genomic islands would enrich our knowledge of how genome dynamics may contribute to Mesorhizobium evolution in general.

Results

In this study, we sequenced the complete genome of 7653R and compared it with five other Mesorhizobium genomes. Genomes of 7653R and MAFF303099 were found to share a large set of orthologs and, most importantly, a conserved chromosomal backbone and even larger perfectly conserved synteny blocks. We also identified candidate molecular differences responsible for the different host specificities of these two strains. Finally, we reconstructed an ancestral Mesorhizobium genomic island that has evolved into diverse forms in different Mesorhizobium species.

Conclusions

Our ortholog and synteny analyses firmly establish MAFF303099 as a strain of M. huakuii. Differences in nodulation factors and secretion systems T3SS, T4SS, and T6SS may be responsible for the unique host specificities of 7653R and MAFF303099 strains. The plasmids of 7653R may have arisen by excision of the original genomic island from the 7653R chromosome.

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi: 10.1186/1471-2164-15-440) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

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。     

纳他霉素高产菌株Streptomyces gilvosporeus F607基因组及其生物合成基因簇分析

【背景】纳他霉素(Natamycin)是一种天然、广谱、高效的多烯大环内酯类抗真菌剂,褐黄孢链霉菌(Streptomyces gilvosporeus)是一种重要的纳他霉素产生菌。目前S. gilvosporeus基因组序列分析还未有报道,限制了该菌中纳他霉素及其他次级代谢产物合成及调控的研究。【目的】解析纳他霉素高产菌株S. gilvosporeus F607的基因组序列信息,挖掘其次级代谢产物基因资源,为深入研究该菌株的纳他霉素高产机理及生物合成调控机制奠定基础。【方法】利用相关软件对F607菌株的基因组序列进行基因预测、功能注释、进化分析和共线性分析,并预测次级代谢产物合成基因簇;对纳他霉素生物合成基因簇进行注释分析,比较分析不同菌种中纳他霉素生物合成基因簇的差异;分析预测S.gilvosporeusF607中纳他霉素生物合成途径。【结果】F607菌株基因组总长度为8482298bp,(G+C)mol%为70.95%,分别在COG、GO、KEGG数据库提取到5 062、4 428、5063个基因的注释信息。同时,antiSMASH软件预测得到29个次级代谢产物合成基因簇,其中纳他霉素基因簇与S.natalensis、S. chattanoogensis等菌株的纳他霉素基因簇相似性分别为81%和77%。除2个参与调控的sngT和sgnH基因和9个未知功能的orf基因有差异外,S. gilvosporeus F607基因簇中其他纳他霉素生物合成基因及其排列顺序与已知的纳他霉素基因簇高度一致。【结论】分析了S. gilvosporeus全基因组信息,预测了S. gilvosporeus F607中纳他霉素生物合成的途径,为从基因组层面上解析S. gilvosporeus F607菌株高产纳他霉素的内在原因提供了基础数据,为揭示纳他霉素高产的机理及工业化生产和未来新药的发现奠定了良好的基础。