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。     

异源重构白色链霉菌土霉素生产菌株

【目的】土霉素(oxytetracycline,OTC)属于第一代四环素类抗生素,对革兰氏阳性菌和阴性菌具有很好的抑菌效果,目前主要应用于畜牧业、水产养殖业和作为原料药生产二代、三代四环类抗生素。因此,在生产上具有提高产量、降低成本的迫切需求。为了解决工业菌株改造中面临着遗传操作比较困难、周期长的问题,我们通过异源重构白色链霉菌(Streptomyces albus) Del14并作为底盘生产菌株,进而评估该菌株OTC生物制造细胞工厂的潜力。【方法】通过理性工程重构,获得一系列衍生菌株Del14:Oxy、Del14:Oxy1K、Del14:Oxy1KΔotrR、Del14B:Oxy1KΔotrR。对上述菌株进行摇瓶发酵以及HPLC检测发酵产物;通过RT-qPCR检测OTC生物合成基因簇(otc cluster)相关结构基因的转录水平。【结果】S. albus Del14生长快、不结球,对OTC具有一定的耐受性。通过操纵簇内调控因子OtcR和OtrR,最终使重组菌株Del14B:Oxy1KΔotrR OTC产量在第6天达到了1.1 g/L,与原始生产菌株龟裂链霉菌(S. rimosus) M4018在第8天产量相当。【结论】本研究首次在S. albus Del14中异源表达了土霉素生物合成基因簇,初步证实了一个很有潜力的OTC生物制造底盘,为这一OTC生产菌株的进一步优化改造奠定了基础。     

Nonomuraea candida HMC10T中新结构套索肽noncaromin生物合成基因簇的克隆及异源表达

【目的】本研究旨在通过定向克隆菌株Nonomuraea candida HMC10^T中一个新的Ⅱ型套索肽类生物合成基因簇,通过在放线菌底盘宿主中的异源表达,获得新结构套索肽noncaromin,并完成其抑菌活性分析。【方法】通过antiSMASH软件分析菌株N.candida HMC10^T全基因组序列,确定新的Ⅱ型套索肽noncaromin的生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster of noncaromin,nonc-BGC)。然后,利用ExoCET重组技术(exonuclease combined with RecET recombination)获得完整的nonc-BGC,得到重组质粒pJQK652,并通过λ-Red重组技术改造得到整合型质粒pJQK653。采用接合转移方法,将该质粒分别导入白色链霉菌、2株变铅青链霉菌、2株天蓝色链霉菌和红色糖多孢菌宿主中进行异源表达,再通过发酵和分离纯化获得目标套索肽noncaromin。最后,利用QTOF-ESI-MS²完成套索肽noncaromin的结构鉴定,并通过抗菌活性检测确定该化合物的生物活性。【结果】本研究利用ExoCET技术成功获得了完整的nonc-BGC,在6种放线菌宿主中成功异源表达,完成了noncaromin的结构鉴定,确定了其具有微弱的抗枯草芽孢杆菌活性。【结论】本研究在克隆得到新结构套索肽nonc-BGC的基础上,实现了该基因簇在6个放线菌底盘宿主中的成功表达,获得了1个具有微弱抑制枯草芽孢杆菌活性的新结构Ⅱ型套索肽noncaromin。本研究结果为发掘菌株N.candida HMC10^T及其他放线菌中的新结构化合物提供了借鉴。     

Streptomyces aidingensis CGMCC 4.5739中环二肽氧化酶DmtD3_E3的体外生化功能

【背景】环二肽合酶(cyclodipeptide synthase, CDPS)途径中新颖后修饰酶的挖掘对获得结构新颖活性良好的二酮哌嗪类化合物具有重要意义。前期研究中发现来源于Streptomyces aidingensis CGMCC 4.5739的环二肽合酶基因簇dmt3中dmtA3B3C3可编码二酮哌嗪—萜类化合物drimentines (DMTs),推测其下游环二肽氧化酶基因dmtD3_E3也参与了DMTs的生物合成,但其功能一直未鉴定。【目的】对S.aidingensisCGMCC 4.5739中环二肽合酶基因簇dmt3内的环二肽氧化酶DmtD3_E3的功能进行表征,为增加二酮哌嗪类化合物结构多样性提供功能元件。【方法】从S.aidingensisCGMCC 4.5739的基因组中克隆环二肽氧化酶基因dmtD3_E3,构建重组表达质粒pWLI209,并在大肠杆菌BL21(DE3)中可溶性表达。通过建立体外酶促反应,运用液质联用(high performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等方法确定催化产物结构。【结果】环二肽氧化酶DmtD3_E3可催化环二肽cyclo-(L-Trp-L-Leu) (cWL)的C14-C17位氧化脱氢形成cyclo-(L-Trp-L-ΔLeu) (cWΔL)。此外DmtD3_E3还可以催化环二肽cyclo-(L-Trp-L-Ala) (cWA)的C10-C11位脱氢生成cyclo-(L-Trp-L-ΔAla) (cΔWA),具有底物宽泛性。【结论】本研究通过对环二肽合酶生物合成途径中新颖环二肽氧化酶的挖掘和表征,为后续通过组合生物合成及合成生物学手段生成“非天然”二酮哌嗪类化合物衍生物奠定了基础。     

萘醌-氧吲哚生物碱coprisidins生物合成途径的研究

[目的] 新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins（A和B）分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性。作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为II型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知。[方法] 本研究对coprisidins的产生菌Streptomyces sp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径。[结果] Streptomyces sp.SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶（PKS）相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个II型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KS_β（CopB）的序列比对表明coprisidins的II型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链。[结论] Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由II型PKSs催化形成,我们推测丁酰CoA是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架。本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了II型PKSs合成产物的结构多样性。     

Streptomyces sp.NO1W98中杀黑星菌素的分离和生物合成基因簇的鉴定

[目的] 分离Streptomyces sp.NO1W98中的杀黑星菌素并鉴定其生物合成基因簇。[方法] 利用有机溶剂萃取法对Streptomyces sp.NO1W98放大规模发酵产物进行提取;以正向、反向色谱柱层析进行化合物的分离纯化;借助波谱学手段进行单体化合物的结构鉴定;采用Illumina Hiseq技术进行基因组序列测定,对得到的序列进行生物信息学分析、注释并定位杀黑星菌素的生物合成基因簇vtd,利用基于PCR-targeting的遗传操作系统构建vtd内相关基因的阻断突变株,同时利用pSET152AKE进行基因回补,并分析与野生菌株的发酵产物差异。[结果] 从NO1W98发酵产物提取物中初步分离鉴定了2个大环内酯类化合物杀黑星菌素A（1）和B（2）;NO1W98的基因组大小约为11.6 Mb,蕴涵49个次级代谢产物生物合成基因簇,其中scaffold 3上的Region 3.3可能负责杀黑星菌素的生物合成;基因阻断和回补实验初步鉴定了杀黑星菌素的生物合成基因簇,包含6个骨架基因、5个转运基因、2个调控基因以及9个后修饰基因。[结论] 杀黑星菌素的分离、结构鉴定和基因簇的鉴定以及生物合成途径的推导为其遗传改造和工程菌株的构建奠定了分子基础。     

卡伍尔氏链霉菌NA4的Ⅱ型聚酮基因簇的靶向激活及其产物鉴定

【目的】以基因组信息为导向,定向激活海洋来源卡伍尔氏链霉菌（Streptomyces cavourensis） NA4中沉默的Ⅱ型聚酮类次级代谢产物生物合成基因簇,鉴定新产生的次级代谢产物的结构和抑菌活性。【方法】通过添加启动子和敲除负调控基因的方法激活实验室培养条件下沉默或低表达的生物合成基因簇,并完成目标化合物的分离与纯化,通过电喷雾质谱（electrospray ionization-mass spectrometry,ESI-MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）数据分析鉴定目标化合物结构,对目标化合物进行抑菌活性鉴定,基于生物信息学信息推导化合物的生物合成途径。【结果】根据基因组生物信息学分析,从海洋来源链霉菌Streptomyces cavourensis NA4中选取一个编码PKSⅡ型次级代谢产物的生物合成基因簇开展研究,成功激活目标基因簇,从中分离到1个PKSⅡ型化合物,推导了其生物合成途径并进行了抑菌活性鉴定。【结论】基因组导向下的天然产物挖掘,可以目标明确地分离产物,充分挖掘链霉菌编码次级代谢产物的潜力。     

海洋来源节菱孢菌ZSDS1-F3中PKS-NRPS类天然产物挖掘

【目的】以基因组信息为指导,定向激活海洋来源真菌Arthrinium arundinisZSDS1-F3中沉默的聚酮合成酶-非核糖体肽合成酶(PKS-NRPS)类生物合成基因簇,鉴定次级代谢产物结构。【方法】通过启动子工程和异源表达的策略激活实验室培养条件下沉默或低表达的生物合成基因簇,实现目标化合物的分离,通过HR-ESI-MS和NMR数据分析鉴定产物结构,结合基因重组和生物信息学分析结果推导化合物的生物合成途径。【结果】依据基因组生物信息学分析,从海洋来源真菌A. arundinis ZSDS1-F3中选取一个编码PKS-NRPS类次级代谢产物的生物合成基因簇开展研究,在宿主Aspergillus nidulansA1145中实现了基因簇的异源表达,从中分离到2个新化合物,并推导了其生物合成途径。【结论】基因组信息指导下的天然产物挖掘,可以目标明确地分离产物,加快真菌中新颖天然产物的发现步伐。     

脓肿分枝杆菌MBT结构鉴定与比较演化分析

【背景】作为临床最常见的非结核条件致病分枝杆菌,脓肿分枝杆菌(Mycobacteroides abscessus)因其天然、多耐药等特性成为目前临床治疗的一大挑战。作为分枝杆菌限制性营养元素——铁摄取的关键系统,分枝杆菌素(mycobactin,MBT)、羧基分枝杆菌素(carboxymycobactin,cMBT)与病原分枝杆菌的毒力、耐药等密切相关。【目的】丰富分枝杆菌MBT、cMBT结构数据,探究MBT在致病分枝杆菌起源过程中的演化规律。【方法】在MALDI-TOF-MS与FT-MS/MS解析脓肿MBT、cMBT结构的基础上,进一步开展其活性分析与生物合成基因簇比较基因组分析。【结果】虽然脓肿分枝杆菌MBT、cMBT母核修饰模式与海洋分枝杆菌最相似,R1、R2、R3、R5等位置的修饰完全相同,而且脂肪酸链均位于R4位置;但脂肪酸链长度不同[C10-17 (MBT)、C4-8 (cMBT)],为新结构。Fe-cMBT不仅以浓度依赖方式促进脓肿分枝杆菌生长,而且利用效率显著高于FeCl₃,相关结果表明MBT-cMBT是脓肿分枝杆菌高效获取铁元素的关键系统。与MBT结构结果一致,mbt-1基因簇共线性分析及mbt-1、mbt-2系统发育分析结果均表明脓肿分枝杆菌与海洋分枝杆菌(M.marinum)亲缘关系最近,而非结核分枝杆菌(M.tuberculosis)或耻垢分枝杆菌(M.smegmatis) (基于16S rRNA基因序列分析)。进一步分析发现,M.marinum、M.tuberculosis、M.bovis等病原分枝杆菌脂肪酸链长度变化范围仅4 C,而M.abscessus、M.fortuitum、M.avium和M.smegmatis等条件致病与非致病菌的脂肪酸链长度变化范围为7-11 C,暗示MBT同系物脂肪酸链长度变化范围与分枝杆菌不同生活方式、环境之间可能存在关联。【结论】作为获取铁元素的关键系统,具有独特结构的脓肿分枝杆菌MBT-cMBT在致病、耐药等方面的作用及起源、演化规律值得深入研究。     

喙尾琵琶甲肠道来源链霉菌(Streptomyces sp.)BPA71次级代谢产物的分离鉴定及其生物活性评价

【背景】昆虫是世界上种类最多、肠道菌群资源最丰富且多样的动物类群之一。昆虫肠道微生物具有产生活性次级代谢产物的能力,是活性天然产物的重要来源。【目的】研究药用昆虫喙尾琵琶甲(Blaps rynchopetera)成虫肠道来源链霉菌(Streptomyces sp.) BPA71的次级代谢产物及其生物活性。【方法】利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱色谱等方法分离纯化该菌株的发酵粗提物,采用牛津杯法进行抗菌活性追踪,确定抗菌活性部位,通过ESI-MS、NMR等波谱数据分析对化合物结构进行鉴定,采用微量肉汤稀释法测定最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration, MIC),采用MTS法测定抗肿瘤活性。【结果】从Streptomyces sp. BPA71的固体发酵提取物中共分离得到4个已知化合物,通过对比核磁数据确定为糠酸甲酯(1)、吡咯甲酰胺A (2)、吡咯甲酰胺B (3)和吲哚-3-乙酸甲酯(4)。抗菌活性结果显示化合物2具有广谱抗菌活性。此外,化合物2对宫颈癌细胞HeLa、肺癌细胞A549、肝癌细胞SMMC-7721、乳腺癌细胞MDA-MB-231和结肠癌细胞SW480这5株肿瘤细胞均有明显的抑制活性。【结论】喙尾琵琶甲肠道来源Streptomyces sp. BPA71可产生丰富的生物活性物质,该研究结果为进一步挖掘喙尾琵琶甲肠道链霉菌的活性天然产物奠定了基础,同时丰富了人们对喙尾琵琶甲肠道微生物的认识。     

一种适用于链霉菌异源合成基因簇同框缺失的高效方法

【背景】对抗生素生物合成途径的阐明有助于提高目标化合物的产量并开发具有更高活性的新化合物。基因的同框缺失是天然产物生物合成研究的常规手段,通过分析突变菌株积累的中间产物,可以帮助推导天然产物的合成途径及相关基因的功能。天然产物生物合成基因簇的大小一般在20 kb以上,对每个基因进行同框缺失耗时耗力,因此,优化链霉菌来源的基因同框缺失的方法有重要的意义。【目的】基于PCR-targeting重新设计了一套在链霉菌柯斯文库质粒上进行基因同框缺失的方法,实现链霉菌基因在大肠杆菌中快速、高效的基因同框缺失的技术体系。【方法】使用氨苄青霉素抗性基因bla作为PCR-targeting DNA片段的筛选标记,同时使用体外的Pac I酶切和酶连系统代替体内的Flp/FRT系统来介导同框缺失的构建。【结果】利用这种方法,在6 d内完成了米多霉素生物合成基因簇中14个基因的同框缺失。【结论】此方法与传统的PCR-targeting方法相比,构建同框缺失载体的效率明显提高;Pac I识别序列在链霉菌基因组上的稀有性使得此方法在构建抗生素生物合成基因簇必需基因的同框缺失载体上具有普适性。     

来自南极洲类诺卡氏菌(Nocardioides sp.) InS609-2的全基因组序列分析

【背景】类诺卡氏菌（Nocardioides sp.） InS609-2是一株分离自南极洲罗斯海特拉诺瓦湾的恩克斯堡岛土壤中潜在的极地放线菌新种。尚无研究报道Nocardioides sp.InS609-2的全基因组序列，缺少对其功能基因、代谢产物合成途径及比较基因组学等的研究。【目的】解析Nocardioides sp.InS609-2的基因组序列信息，以深入挖掘次级代谢产物基因资源。【方法】利用Illumina HiSeq高通量测序平台对菌株InS609-2进行全基因组完成图测序，使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测和功能注释、预测次级代谢产物合成基因簇和共线性分析等。【结果】基因组最后得到的总长度为4 524 052 bp，G+C含量为69.42%，预测到4 656个基因、56个tRNA和6个rRNA。根据Nocardioides sp.InS609-2的全基因组测序结果，分别有3 761、3 052、1 767、4 134和2 725个基因在COG、GO、KEGG、NR和Swiss-Prot数据库中提取到注释信息。同时，还预测得到19个次级代谢产物合成基因簇。基因组测序数据提交至NCBI获得GenBank登录号为CP060034。Nocardioides sp.InS609-2与N. dokdonensis CP015079、N. yefusunii CP034929、N. euryhalodurans CP038267、N. seonyuensis CP038436、N. daphniae CP038462和N. okcheonensis CP087710这6株基因组同源性比较高的类诺卡氏菌进行共线性分析和蛋白聚类分类分析，得到的结果是7个基因组间既有保守性又各自有独特性。七个基因组共有44个蛋白聚类簇。最后进行16S rRNA基因系统发育树、泛基因组、core基因组和基因组进化树分析，进一步挖掘了Nocardioides sp.InS609-2的基因组信息。【结论】从基因组层面上预测了Nocardioides sp.InS609-2的次级代谢产物的生物合成基因簇，为InS609-2的后续相关研究提供了参考信息，具有重要意义。     

珠江口沉积物来源链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的鉴定及其生物合成基因簇的异源表达

【目的】从珠江口沉积物来源的菌株SCSIO40020中分离bafilomycins,并对其生物合成基因簇进行克隆和异源表达研究。【方法】通过分析菌株SCSIO 40020的16S rRNA基因序列并构建系统发育树以鉴定菌种,以柱层析法和制备色谱法对次级代谢产物进行分离纯化,借助波谱学手段完成单体化合物的结构鉴定,采用生物信息学分析定位bafilomycins的生物合成基因簇,通过筛选菌株SCSIO 40020基因组的细菌人工染色体文库和接合转移将bafilomycins生物合成基因簇导入3种链霉菌进行异源表达,利用高效液相色谱检测异源表达菌株的发酵产物。【结果】菌株SCSIO 40020被鉴定为链霉菌属菌株,从其发酵产物中分离鉴定了2个单体化合物bafilomycinsA1和D。克隆了链霉菌SCSIO40020中bafilomycins的生物合成基因簇并推导了其生物合成途径,在3种链霉菌中表达产生了bafilomycins。【结论】从珠江口环境中获得了一株产生bafilomycins的链霉菌SCSIO 40020,成功建立了该菌株次级代谢产物生物合成基因簇的异源表达体系,并首次在链霉菌...     

萘醌-氧吲哚生物碱coprisidins生物合成途径的研究（英文）

【目的】新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins(A和B)分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性。作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为Ⅱ型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知。【方法】本研究对coprisidins的产生菌Streptomycessp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径。【结果】Streptomyces sp. SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶(PKS)相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个Ⅱ型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KSβ(Cop B)的序列比对表明coprisidins的Ⅱ型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链。【结论】Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由Ⅱ型PKSs催化形成,我们推测丁酰Co A是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架。本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了Ⅱ型PKSs合成产物的结构多样性。     

林可链霉菌NRRL 2936中帕马霉素生物合成基因簇的异源 表达及调控基因功能研究

【背景】帕马霉素属于大环内酯类抗生素,具有较好的抗感染活性。该类化合物独特的化学结构和显著的生理活性受到了许多研究者的关注。同时,本实验室在林可链霉菌NRRL2936的全基因组序列中发现了帕马霉素的生物合成基因簇。【目的】尽管其生物合成途径已经得到了解析,但其生物合成基因簇中的2个调控基因功能尚不清楚。本研究从林可链霉菌NRRL2936的基因组文库中克隆了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的质粒pJQK450,开展了质粒pJQK450在链霉菌中的异源表达,实现了帕马霉素的异源合成,并初步确定该生物合成基因簇中两个调控基因的功能。【方法】利用聚合酶链式反应递缩基因组文库筛选的方法,从林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)NRRL 2936基因组文库中筛选到了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的Fosmid质粒pJQK450。然后,将该质粒转化到E.coli ET12567/pUZ8002中,利用大肠杆菌-链霉菌双亲接合转移的方法将pJQK450转入异源宿主中。对获得的异源表达菌株进行发酵产物的制备,采用耻垢分枝杆菌mc2155作为指示菌株进行帕马霉素生物活性测试,并结合LC-MS的分析确定帕马霉素的产生情况。最后,通过基因失活与回补的方法,考察帕马霉素生物合成基因簇中调控蛋白PamR1和PamR2对帕马霉素生物合成的影响。【结果】帕马霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1154中实现了表达,证明PamR1和PamR2负调控了帕马霉素生物合成的过程。【结论】帕马霉素完整基因簇的成功异源表达,一方面便于其生物合成途径的遗传改造,为帕马霉素的生物合成及优产改造研究奠定了基础;另外,调控基因功能的研究为帕马霉素的产量优化提供了改造的目标。     

酒醅来源酵母菌合成异戊醇能力与途径解析

【背景】异戊醇是酵母菌在白酒发酵过程中通过氨基酸合成代谢途径和氨基酸分解代谢途径合成的主要高级醇,其含量影响白酒饮用的舒适度。【目的】分析和比较分离自浓香型白酒酒醅中的酵母菌合成异戊醇的能力,揭示酵母菌合成异戊醇的途径。【方法】从酒醅中分离具有异戊醇合成能力的酵母菌株,比较不同生长时期酵母菌合成异戊醇的能力,通过前体物代谢分析它们合成异戊醇的途径。【结果】分离自酒醅的5株酵母的异戊醇合成能力从强到弱依次为Naumovozyma castellii JP3-1、Saccharomyces cerevisiae JP3、Pichia fermentans JP22、Pichia kudriavzevii JP1和Naumovozyma dairenensis CBS421。这些酵母合成异戊醇的时期主要在对数生长期,N. castellii JP3-1、P. fermentans JP22和N. dairenensis CBS421在稳定生长期也合成异戊醇。S. cerevisiae JP3、N. castellii JP3-1和N. dairenensis CBS421在整个生长时期主要通过Harris途径合成异戊醇;P. kudriavzevii JP1在整个时期主要通过Ehrlich途径合成异戊醇;P. fermentans JP22在对数生长期通过Harris途径和Ehrlich途径合成异戊醇的能力接近,在稳定生长期主要通过Harris途径合成异戊醇。【结论】本研究揭示了酒醅来源5个属种酵母合成异戊醇的途径、能力与其生长时期的关系,研究结果可为解析浓香型白酒发酵过程异戊醇合成、积累机制及实施白酒发酵过程异戊醇合成的精准调控提供理论依据。     

不同浓度壳聚糖对炭黑曲霉和硫色镰刀菌生长和发育的影响

【背景】壳聚糖是广泛存在于甲壳动物的一种多糖,具有广谱的抗真菌活性,但壳聚糖是否影响炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)和硫色镰刀菌(Fusarium sulphureum)生长和发育尚未见报道。【目的】明确不同浓度壳聚糖对A. carbonarius和F. sulphureum生长和发育的影响。【方法】通过在PDA培养基中添加不同浓度壳聚糖,测定两种真菌的菌落直径、生物量和菌丝干重,观察产孢量、孢子萌发和芽管长度,比较抑菌的差异。【结果】壳聚糖处理可显著改变两种真菌的菌落形态,处理浓度越高菌落皱缩和变形越明显;壳聚糖还可以有效抑制两种真菌的菌落生长、菌丝干重和菌丝生物量,抑制效果呈明显的浓度依赖,对F. sulphureum的抑制效果更好。壳聚糖可抑制两种真菌的产孢量、孢子萌发和芽管伸长,处理浓度越高抑制效果越好,对F. sulphureum的抑制效果更为明显。壳聚糖对A. carbonarius和F. sulphureum的EC₅₀值分别为0.12 mg/mL和0.075 mg/mL。【结论】壳聚糖可有效抑制A. carbonarius和F. sulphureum的生长发育,抑制效果呈浓度依赖,F. sulphureum对壳聚糖更为敏感。     

来源于超嗜热古菌雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1耐热耐压脯肽酶的酶学性质研究

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii) CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小宝岛热球菌(Thermococcus kodakarensis) TS559中异源表达Pyprol。使用二肽Met-Pro作为底物,检测重组蛋白的脯肽酶活性。【结果】Pyprol的最适温度为100 ℃,最适pH为6.0。Pyprol在与Co²⁺结合时活性最高,最适的金属离子浓度为1.2 mmol/L。与P. furiosus来源的脯肽酶Pfprol相比,Pyprol在更宽的pH范围具有活性,并且能够耐受更高浓度的金属离子。Pyprol是耐压蛋白,最适静水压为40 MPa。与常压条件下相比,40 MPa下,Pyprol在40、70和100 ℃均有更高的活性。【结论】来源于深海热液喷口的严格嗜压的超嗜热古菌P. yayanosii CH1的新型脯肽酶Pyprol具有热稳定和耐压特性。     

东乡野生稻内生放线菌Streptomyces sp. PRh5的全基因组测序及序列分析

【目的】Streptomyces sp. PRh5是从东乡野生稻(Oryza rufipogon Griff.)中分离获得的一株对细菌和真菌都具有较强抗菌活性的内生放线菌。为深入研究PRh5菌株抗菌机制及挖掘次级代谢产物基因资源,有必要解析PRh5菌株的基因组序列信息。【方法】采用高通量测序技术对PRh5菌株进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、直系同源簇(COG)聚类分析、共线性分析及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】基因组组装获得290 contigs,整个基因组大小约11.1 Mb,GC含量为71.1%,序列已提交至GenBank数据库,登录号为JABQ00000000。同时,预测得到50个次级代谢产物合成基因簇。【结论】将为Streptomyces sp. PRh5的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

一株糖降解噬糖菌FZY0027的多糖水解活性及基因组分析

【目的】潮间带海水中分离获得一株具有水解多糖能力的菌株FZY0027,分析其对不同多糖的水解能力和基因组特征。【方法】通过形态观察、16S rRNA基因测序和基于Illumina NovaSeq和OxfordNanopore PromethION测序技术全基因组测序对菌株FZY0027进行鉴定。使用dbCAN、EasyCGTree、BRIG和Easyfig等生物信息学软件将菌株FZY0027和降解糖噬糖菌(Saccharophagus degradans) 2-40^T进行比较。使用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid, DNS)法测定多糖水解活性。【结果】菌株FZY0027与S. degradans 2-40^T的16S rRNA基因序列相似度达到99.9%,初步鉴定为降解糖噬糖菌(S. degradans) FZY0027。该菌株在水解淀粉、木聚糖和甘露聚糖时产生的还原糖浓度最高,分别为2.28、1.75和1.10 mg/mL。菌株FZY0027基因组全长5 178 381 bp,共编码4 156个基因,G+C含量为45.8%。菌株FZY0027与S. degradans 2-40^T的平均核苷酸一致性(average nucleotide identity, ANI)、平均氨基酸一致性(average amino acid identity, AAI)和DNA-DNA分子杂交(digital DNA-DNA hybridization, dDDH)值分别为96.5%、96.7%和70.0%。经碳水化合物活性酶数据库注释获得303个基因,其中,菌株FZY0027和S. degradans 2-40^T分别有糖苷水解酶(glycoside hydrolases, GHs)结构域的基因137个和130个。菌株FZY0027具有多个参与淀粉、木聚糖等多糖水解的基因,这与菌株FZY0027对淀粉和木聚糖的水解能力强的结果一致。然而,与S. degradans 2-40^T相比,菌株FZY0027在实验条件下只能水解少数多糖,这可能需要特定的诱导条件才能充分发挥其多糖水解能力。【结论】菌株FZY0027是一株多能型多糖水解菌,具有潜在开发价值。