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。     

变构菌素生物合成基因簇的研究进展

变构菌素是从Streptomyces griseochromogenes菌株中分离得到的第一个高选择性的蛋白磷酸化酶-1（PP-1）抑制剂。变构菌素及其衍生物在神经系统紊乱、代谢综合症、呼吸系统及相关疾病、免疫抑制、肿瘤治疗等诸多领域都有着广泛的应用前景,因而引起了人们对其生物合成途径的研究兴趣。介绍了近年来变构菌素生物合成途径的研究进展。     

杀粉蝶菌素A1生物合成基因簇中甲基转移酶PieB2的功能

【目的】研究杀粉蝶菌素A1产生菌中甲基转移酶基因pieB2的功能。【方法】利用接合转移和同源重组双交换的方法,构建pieB2基因缺失突变株,以及利用接合转移的方法,构建回补菌株。通过高保真PCR克隆pieB2基因到表达载体pET28a上,构建质粒pJTU5997,转化入大肠杆菌E.coliBL21(DE3)/pLysE中诱导表达。利用高效液相色谱检测PieB2的体外酶活。【结果】获得了pieB2基因缺失的双交换突变株。发酵结果显示,该突变株不再产生杀粉蝶菌素A1,而是积累了一种脱甲基产物。N-末端融合组氨酸标签的PieB2在大肠杆菌中获得可溶性表达,通过体外催化证明了PieB2甲基转移酶的功能。【结论】体内遗传实验和体外生化实验证明了PieB2作为甲基转移酶在杀粉蝶菌素A1合成中的作用。     

氨肽酶PepN1在细胞外催化杀稻瘟菌素的成熟

【背景】肽核苷类抗生素杀稻瘟菌素(BlasticidinS,BS)生物合成途径的最后一步是亮氨酰杀稻瘟菌素(Leucylblasticidin S,LBS)水解成熟为BS,BS原始产生菌灰色产色链霉菌和异源表达菌株变铅青链霉菌WJ2清洗过的细胞均能催化这一步反应。前期我们确定在这两种菌中都含有编码3个氨肽酶Pep N同源蛋白的基因,其中编码产物Pep N1主要负责水解LBS和亮氨酰脱甲基杀稻瘟菌素(Leucyldemethylblasticidin S,LDBS),且催化效率相当。但是,相比于原始产生菌只积累BS这一种组分,异源表达菌株变铅青链霉菌WJ2还积累了LBS和LDBS,这意味着原始产生菌与WJ2中Pep N1的水解活性存在差异。【目的】研究Pep N1在两个菌株中的表达和分泌对BS组分的影响。【方法】利用Pep N1的多克隆抗体,通过蛋白免疫印迹法(Western blot)比较不同生长时间的原始产生菌和异源表达菌株在细胞内、细胞培养液中Pep N1的表达水平。硫酸铵沉淀收集两种菌株培养液中的蛋白,通过Westernblot检测Pep N1的存在并在体外检测水解活性。【结果】原始产生菌第2-6天细胞内Pep N1水平基本没有变化,而异源表达菌株自第4天起细胞内Pep N1开始减弱,到第6天完全消失;另一方面,Western blot在原始产生菌细胞培养液中检测到Pep N1,而在异源表达菌株中却没有检测到。细胞培养液水解LDBS的活性与Western blot检测到的Pep N1表达水平相一致。【结论】BS原始产生菌能持续表达合成Pep N1并将一部分Pep N1分泌到细胞外,而异源表达菌株WJ2从第4天起则停止合成Pep N1,第2-6天的细胞均不能将Pep N1分泌到细胞外,这导致WJ2中积累亮氨酰化的产物。两个菌株清洗过的细胞均可以水解LDBS和LBS,推测在WJ2体内消失的Pep N1分泌到细胞壁上但没有释放到溶液中,这部分Pep N1可以在WJ2中将部分LDBS和LBS水解成对应的DBS和BS。     

抗生素中L-玫红糖的生物合成基因簇结构与其合成途径

抗生素的生物合成过程中普遍存在被脱氧糖糖基化的现象。糖基的存在可以增加抗生素的溶解度和稳定性．提高抗生素的生物活性。L-玫红糖是6-脱氧己糖家族中的一种三脱氧葡萄糖。目前已有5种含有玫红糖及其衍生物的抗生素完成了糖基生物合成基因簇克隆及测序。研究结果表明L-玫红糖的生物合成基因簇有了一定的分化．但在基因结构上仍有较大的保守性。L-玫红糖的生物合成主要包括形成dNDP-葡萄糖、脱水、脱氧、酮基还原和异构等反应,其衍生物的合成还包括甲基化、酰基化等;这被人们普遍认可,但在一些细节上,如是否形成中间体dNDP-3,4-二酮-2,6-双脱氧-D-葡萄糖,以及糖基的异构何时发生等问题还存在分歧,仍需进一步研究。     

fcl基因对须糖多孢菌丁烯基多杀菌素生物合成及生长发育的影响

fcl基因编码的GDP-岩藻糖合成酶(GDP fucose synthetase,GFS),能催化由GDP-D-甘露糖合成GDP-L-岩藻糖过程中的两步差向异构酶和还原酶反应;还参与氨基糖和核糖的生物合成,是调控生物体糖代谢、核苷酸代谢的关键酶之一。通过前期基因组测序表明须糖多孢菌Saccharopolyspora pogona中存在fcl基因。利用基因工程技术构建了fcl基因的过表达菌株S. pogona-fcl和敲除菌株S. pogona-Δfcl。结果表明该基因对菌株生长发育、蛋白表达及其转录水平、杀虫活性、丁烯基多杀菌素的生物合成均存在影响。经HPLC分析显示,S. pogona-Δfcl的丁烯基多杀菌素产量增加为野生型菌株的130%,S.pogona-fcl的丁烯基多杀菌素产量降低了25%。生测结果显示,与野生型菌株相比S.pogona-Δfcl对棉铃虫的杀虫活性明显增强,而S.pogona-fcl的杀虫活性降低。利用扫描电镜观察发现,S. pogona-Δfcl菌丝体表面出现褶皱,呈现短棒状,S. pogona-fcl菌丝形态与野生型菌株一致。以上结果表明,fcl基因的敲除影响菌丝体的生长发育,能促进丁烯基多杀菌素的生物合成和增强杀虫活性,该基因的过表达抑制了丁烯基多杀菌素的生物合成和降低了杀虫活性。SDS-PAGE结果表明,三株菌株在96 h时蛋白表达差异最为明显。对差异蛋白通过实时荧光定量聚合酶链式反应结果显示,三菌株蛋白的转录水平存在显著表达差异。通过研究结果构建了网络代谢调控图,分析fcl基因对须糖多孢菌生长发育及丁烯基多杀菌素生物合成代谢调控网络途径的影响,初步构建了fcl基因调控的代谢途径,为揭示丁烯基多杀菌素生物合成的调控机制及相关后续研究提供了实验依据。     

聚酮类抗生素生物合成基因簇间的关系

<正>放线菌基因组测序显示基因组中平均有超过20个以上的次生代谢生物合成基因簇,但通常放线菌在试验条件下能检测到的产物仅有2-3个,因此这些次生代谢生物合成基因簇引起了研究者的极大关注,期望通过基因组的挖掘来发现新的代谢产物。除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)产生的16元大环内酯化合物阿维菌素及衍生物被广泛用于防治动植物的线虫类和节肢动物类害虫[1-2]。除虫链霉菌的基因组中,除了阿维菌素生物合成基因簇外,还有其它11种聚酮合成酶类(Polyketide synthesase,PKS)抗生素生物合成基因簇[3]。由于聚酮化合物生物合     

多烯大环内酯类抗生素生物合成基因簇中调控因子的研究进展

多烯大环内酯类抗生素具有良好的抗真菌活性,广泛应用于医疗卫生、食品加工和农业生产领域。随着高通量测序技术和生物信息学技术的发展,越来越多的链霉菌抗生素生物合成基因簇被发现和鉴定,调控因子作为生物合成基因簇中的重要组成部分,在庞大复杂的调控网络中起着至关重要的作用。本文总结了链霉菌中重要的调控因子类型,综述了多烯大环内酯类抗生素生物合成基因簇中调控因子的生物学功能、结合位点、作用机制等研究进展,并展望了后续研究工作。     

黄脂菌素生物合成基因簇中调控基因xanR3的功能

【目的】研究黄脂菌素产生菌灰黄链霉菌中编码ArsR家族转录调控蛋白(Arsenical resistance regulator)的xanR3基因的功能。【方法】利用大肠杆菌和链霉菌双亲本接合转移的方法,构建xanR3基因缺失突变株及回补突变株。利用cDNA在相邻同方向的基因间隔区进行PCR确定黄脂菌素生物合成基因簇中的转录单元。利用荧光定量RT-PCR方法进行突变株中黄脂菌素生物合成基因簇转录水平的检测。【结果】对得到的xanR3基因缺失突变株及回补突变株进行发酵,发现xanR3基因缺失突变株产黄脂菌素能力下降,回补菌株中黄脂菌素产量相比缺失突变株有一定程度的恢复,但仍未达到野生型水平。经鉴定,黄脂菌素生物合成基因簇中共有18个共转录单元,其中4个共转录单元在?xanR3突变株中转录水平明显下降。【结论】ArsR家族转录调控基因xanR3是黄脂菌素生物合成的正调控基因。     

微生物次级代谢产物生物合成基因簇的克隆与异源表达

微生物次级代谢产物结构、功能极为多样,具有抗感染、抗肿瘤、免疫调节等多种生物活性,是新药研发的重要来源.随着新一代DNA测序技术以及生物信息学工具的快速发展,微生物基因组中大量次级代谢产物的生物合成基因簇(biosynthetic gene clusters,BGCs)被发现,BGCs克隆与异源表达在研究次级代谢产物中...     

Stable transformation of trypanosomatids through targeted chromosomal integration of the selectable marker gene encoding blasticidin S deaminase

The susceptibilities of the protozoan parasites Leishmania mexicana and Trypanosoma brucei to the nucleoside antibiotic blasticidin S were assessed. A concentration of 10 microg ml(-1) was sufficient to cause cell death within 72 h of L. mexicana promastigotes and bloodstream forms of T. brucei in vitro. The gene encoding blasticidin S deaminase (BSD) was therefore incorporated into cassettes for targeting to the cysteine proteinase C locus of L. mexicana (CPC::BSD) and the tubulin locus of T. brucei (tub::RAD51-BSR). Following transfection of mutant parasites that contained other well-established selectable marker genes (HYG, NEO, BLE, PAC and SAT), clones resistant to 10 microg ml(-1) blasticidin S were shown by PCR and Southern blotting to have integrated the cassettes by homologous recombination. The results confirm that BSD can be used as a selectable marker gene for targeted chromosomal integration during genetic manipulations of trypanosomatids.     

Expression of the blasticidin S deaminase gene (bsr) in tobacco: Fungicide tolerance and a new selective marker for transgenic plants

Summary Blasticidin S (BS), a fungicide of microbial origin, is used for the practical control of rice blast disease. It has broad antimicrobial activity but occasionally exhibits adverse phytotoxic effects on some dicot plants. An inactivating enzyme, BS deaminase, was discovered in the BS resistant strain, Bacillus cereus K55-S1, and the structural gene, bsr, for the enzyme has been cloned. We introduced the bsr gene into tobacco plants using the Ti plasmid vector system and demonstrated that the bsr gene conferred a BS resistant phenotype to the plants. Thus the bsr gene could be useful as a selective marker for plant transformation and provides an example for a new approach to the solution of phytotoxicity problems associated with the use of some types of fungicide.     

发酵条件优化及基因簇加倍对厦门霉素生物合成的影响

【目的】优化发酵培养条件及加倍xim基因簇,提高厦门霉素的产量。【方法】采用单因素添加:C源(鼠李糖、葡萄糖酸)、无机N源(KNO3)、稀有金属元素(Sc Cl3)及A-Factor(γ-丁内酯),优化适宜厦门链霉菌318菌株产生厦门霉素的培养条件;通过位点特异性整合将厦门霉素生物合成基因簇进行加倍,构建高产的基因工程菌株厦门链霉菌318Pls1,并对其培养基进行了正交实验优化。【结果】与初产量(15 mg/L)相比,在GYM培养基中进行单因素添加可使318菌株的厦门霉素产量达到20 mg/L;而基因簇加倍菌株318Pls1在GYM培养基上的厦门霉素产量可达35 mg/L,在正交实验优化后的9#培养基中厦门霉素产量可达76.15 mg/L。【结论】对厦门霉素的发酵培养条件进行了优化,并通过基因簇过表达获得了生物合成能力提高的菌株,为进一步提高其产量奠定了基础。     

Cloning and characterization of a gene cluster from Streptomyces cyanogenus S136 probably involved in landomycin biosynthesis

From a cosmid library of Streptomyces cyanogenus S136, DNA fragments encompassing approximately 35 kb of the presumed landomycin biosynthetic gene cluster were identified and sequenced, revealing 32 open reading frames most of which could be assigned through data base comparison.     

The bialaphos biosynthetic genes ofStreptomyces hygroscopicus: Molecular cloning and characterization of the gene cluster

Summary We have isolated and studied the organization ofStreptomyces hygroscopicus genes responsible for the biosynthesis of the antibiotic herbicide bialaphos. Bialaphos production genes were cloned from genomic DNA using a plasmid vector (pIJ702). Three plasmids were isolated which restored productivity toS. hygroscopicus mutants blocked at different steps of the biosynthetic pathway. Subcloning experiments using other nonproducing mutants showed that four additional bialaphos production genes were also contained on these plasmids. A gene conferring resistance to bialaphos, which was independently cloned using the plasmid vector pIJ61, and an antibiotic-sensitive host (S. lividans), was also linked to the production genes. Cosmids were isolated which defined the location of these genes in a 16 kb cluster.     

稻瘟净（Blasticidin S）脱氨酶基因的克隆

从一株抗稻瘟净（ＢＳ）的Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ菌中克隆到一个ｂｌａｓｔｉｅｉｄｉｎＳ脱氨酶基因,命名为ｂｓｒＡＳ。ＤＮＡ序列分析表明ｂｓｒＡＳ不含内含子。编码区长３９０ｂｐ,编码１３０个氨基酸。将ｂｓｒＡＳ转化到稻瘟菌中,能使受体菌表达出ＢＳ脱氨酶的活性,从而产生抗药性。该基因可作为抗药标记基因使用,建立稻瘟菌的基因转化系统。     

The lipopeptide antibiotic A54145 biosynthetic gene cluster from Streptomyces fradiae

Ca(2+)-dependent cyclic lipodepsipeptides are an emerging class of antibiotics for the treatment of infections caused by Gram-positive pathogens. These compounds are synthesized by nonribosomal peptide synthetase (NRPS) complexes encoded by large gene clusters. The gene cluster encoding biosynthetic pathway enzymes for the Streptomyces fradiae A54145 NRP was cloned from a cosmid library and characterized. Four NRPS-encoding genes, responsible for subunits of the synthetase, as well as genes for accessory functions such as acylation, methylation and hydroxylation, were identified by sequence analysis in a 127 kb region of DNA that appears to be located subterminally in the bacterial chromosome. Deduced epimerase domain-encoding sequences within the NRPS genes indicated a D: -stereochemistry for Glu, Lys and Asn residues, as observed for positionally analogous residues in two related compounds, daptomycin, and the calcium-dependent antibiotic (CDA) produced by Streptomyces roseosporus and Streptomyces coelicolor, respectively. A comparison of the structure and the biosynthetic gene cluster of A54145 with those of the related peptides showed many similarities. This information may contribute to the design of experiments to address both fundamental and applied questions in lipopeptide biosynthesis, engineering and drug development.