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。     

阿维拉霉素生物合成研究进展

阿维拉霉素是由绿色产色链霉菌生产的寡糖类抗生素,对革兰氏阳性致病菌具有极强抗性,是一种新型饲料添加剂,广泛应用于肉鸡、仔猪等畜禽养殖中.以阿维拉霉素最新国内外研究进展为基础,综述了阿维拉霉素的抑菌机制、结构改造、菌种选育及发酵优化等方面的研究进展,重点阐述了阿维拉霉素的生物合成基因簇、合成途径及生物合成转录调控机制,探...     

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。     

异源表达afsRScla全局性调控基因提高工业菌株纳他霉素产量

前期研究表明棒状链霉菌的全局性调控基因afsRScla异源表达可以激活变铅青链霉菌中两种抗生素的合成。本研究将包含afsRScla基因的质粒pHL851整合到纳他霉素工业生产菌株褐黄孢链霉菌TZ1401的基因组中,使纳他霉素产量提高38%,达到3.56g/L。qRT-PCR检测6个纳他霉素生物合成基因的转录情况,发现其转录水平提高1.9-2.7倍,表明afsRScla通过正调控纳他霉素生物合成基因的转录,从而提高纳他霉素的产量。本研究结果对afsRScla在抗生素工业生产菌株的高产育种应用具有借鉴意义。     

力达霉素产生菌球孢链霉菌C-1027中atrA同源基因的克隆及分析

目的：在天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor A3(2)中多效性调节因子AtrA（AtrA-c）可通过激活放线紫红素途径特异性的调节因子ActII-ORF4的转录来控制放线紫红素的产生。在灰色链霉菌Streptomyces griseus NBRC13350和阿维链霉菌Streptomyces avermitilis MA-4680中也发现了AtrA-c 编码基因（atrA-c）的同源基因,分别影响链霉素和阿维菌素的生物合成。本文目的在于探索球孢链霉菌C-1027（Streptomyces globisporus C-1027）中是否存在AtrA,克隆球孢链霉菌C-1027中atrA基因并进行生物信息学分析,为进一步确定其对力达霉素产生的调控作用及调控机制奠定基础。[方法] 采用在球孢链霉菌C-1027中异源表达AtrA-c,来确定AtrA-c对力达霉素产量的影响;通过Southern blot 分析来判断在球孢链霉菌C-1027 基因组中是否有atrA-c同源基因;PCR扩增方法获得球孢链霉菌C-1027 atrA基因（atrA-gl）并测序;通过多种生物信息学软件来分析atrA-gl及其与旁侧基因的组织结构、对已发现的AtrA蛋白进行同源性比对及亲缘关系分析。[结果]在球孢链霉菌C-1027中异源表达天蓝色链霉菌AtrA-c蛋白,发现其对力达霉素的产量有影响。以atrA-c为探针,通过Southern blot分析显示球孢链霉菌C-1027基因组中存在atrA-c的同源基因。PCR扩增得到球孢链霉菌C-1027 的atrA基因的全序列以及该基因上下游的旁侧序列（GenBank/EMBL/DDBJ 登录号GU723707）。通过对球孢链霉菌C-1027、天蓝色链霉菌A3(2)、灰色链霉菌NBRC13350以及阿维链霉菌MA-4680 AtrA蛋白序列进行同源性分析发现,四种AtrA蛋白编码氨基酸序列一致性达到65%至 87%,相似性高达70% 至89%。并且,球孢链霉菌C-1027 atrA基因与相邻基因形成的组织结构与天蓝色链霉菌和灰色链霉菌完全一致。根据蛋白质同源性绘制进化树,发现球孢链霉菌AtrA蛋白与灰色链霉菌AtrA蛋白亲缘关系最近。[结论]确定在球孢链霉菌C-1027中存在atrA同源基因并影响力达霉素的产量,克隆了首个力达霉素生物合成基因簇外的调节基因--atrA基因,通过生物信息学分析初步推测了该基因的功能,为进一步研究AtrA-gl对力达霉素途径特异性级联调控网络的调控关系奠定了基础。     

尼可霉素生物合成基因簇的改造及其异源表达

摘要:【目的】异源表达尼可霉素生物合成基因簇,为尼可霉素核苷和肽基缩合机制研究以及尼可霉素与其它核苷类抗生素的组合生物合成奠定基础。【方法】以含有尼可霉素生物合成基因簇的pNIK 为出发质粒,通过PCR-targeting 的方法,将基因簇中sanG和sanF的启动子替换为组成型hrdB启动子,构建重组质粒pNIKm。通过接合转移的方法分别将pNIK和pNIKm导入天蓝色链霉菌M1146中,获得异源表达菌株M1146-NIK和M1146-NIKm,并通过RT-PCR检测基因簇的表达情况。最后通过抗菌活性实验和产物的分离 鉴定,比较M1146-NIK和M1146-NIKm的抗菌活性和尼可霉素的产生情况。【结果】pNIK和pNIKm在异源宿主天蓝色链霉菌M1146成功表达; M1146-NIK和M1146-NIKm均有明显的抗菌活性; M1146-NIK和M1146-NIKm均能产生少量的尼可霉素X、Z和假尼可霉素Z;M1146-NIK大量积累尿苷,而M1146-NIKm大量积累尿苷、核糖基-4-甲酰-4-咪唑-2-酮和吡啶同型苏氨酸。【结论】尼可霉素生物合成基因簇成功异源表达,并分离鉴定了尼可霉素产物及其生物合成中间体。本研究将为尼可霉素核苷和肽基缩合的酶学机制研 究以及尼可霉素与其它核苷类抗生素组合合成新型杂合抗生素提供理论依据和指导。     

罗中链霉菌中衣霉素基因簇的克隆及异源表达

衣霉素属于核苷类抗生素,具有抑制蛋白质N-糖基化的活性,是潜在的药物先导化合物.罗中链霉菌(Streptomyces luozzhongensis)TRM49605是一株产衣霉素的链霉菌属(Streptomyces)的新物种.本研究旨在探索TRM49605中衣霉素生物合成基因簇的生物学功能,为新型药物开发提供理论依据....     

黑暗链霉菌DNA同源重组系统的构建

以黑暗链霉菌Tt-49基因组为模板,利用PCR方法,扩增安普霉素生物合成关键基因aprF-G的上、下游序列,作为同源交换臂,并将红霉素抗性基因筛选标记及其启动子插入两交换臂之间,以温敏型质粒pKC1139为基础,构建用于阻断黑暗链霉菌Tt-49安普霉素生物合成的重组质粒pFD8.该质粒通过E.coil ET12567/pUZ8002去甲基化修饰后,经接舍转移进入黑暗链霉菌Tt-49,利用红霉素抗性筛选得到3株阳性转化子,分别命名为Tt-49 AG1、Tt-49 AG2和Tt-49 AG3.通过PCR鉴定,证明pFD8已插入黑暗链霉菌Tt-49基因组的目标位点.以亲株作对照,对3株工程菌进行红霉素抗性能力考察,发现3株工程菌的抗红霉素能力均高迭1 000 μg/mL以上.     

应用响应面法优化发酵培养基提高达托霉素产量

[背景]达托霉素来自玫瑰孢链霉菌NRRL 11379的发酵产物,是重要的临床用抗生素.其原始产生菌发酵周期长,影响达托霉素的生产效率.本实验室前期在天蓝色链霉菌中重构了达托霉素的生物合成途径,有效地缩短了发酵周期,但重组菌株K10中达托霉素发酵产量很低,制约了后续的研究和开发.[目的]利用响应面法优化产达托霉素的重组菌...     

吸水链霉菌Streptomyces hygroscopicus 17997中噬菌体基因转移系统的建立及其应用

由吸水链霉菌Streptomyces hygroscopicus 17997产生的格尔德霉素geldanamycin(GA)属安莎类抗生素,具有良好的抗肿瘤和抗病毒活性。本文应用链霉菌温和噬菌体ΦC31衍生的KC515载体,在吸水链霉菌S．hygroscopicus 17997中建立并优化了S．hygroscopicus 17997的基因转染体系。利用所建立的基因转染体系,以基因阻断技术从S．hygroscopicus 17997基因文库含有多组PKS基因柯斯质粒中,鉴定了与GA PKS生物合成相关基因的柯斯质粒,该工作为GA生物合成基因簇的克隆奠定了基础。     

潮霉素A的生物合成研究进展

潮霉素A是一种从吸水链霉菌中发现的具有广谱生物学活性的抗生素。它在吸水链霉菌Streptomy-ces hygroscopicus NRRL 2388中的生物合成基因簇已被克隆并测序,其生物合成机制、遗传操作等方面的研究也取得了一定的进展。就潮霉素A的化学结构、生物合成基因簇的组织结构、生物合成和抗性机制等方面的研究进展进行综述。     

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。     

格尔德霉素基因工程高产菌株的构建和培养

在格尔德霉素产生菌吸水链霉菌17997(Streptomyces hygroscopicus 17997)中存在两种3-氨基-5-羟基苯甲酸(3-amino-5-hydroxybenzoic acid, AHBA)的生物合成基因簇, 根据同源性可分为苯醌类和萘醌类。已证明其中苯醌类的AHBA生物合成基因簇负责格尔德霉素(geldanamycin, Gdm)起始单位的合成, 而萘醌类的AHBA基因簇可能参与未知安莎化合物的生物合成。为提高吸水链霉菌17997菌种的Gdm发酵产量, 并研究高产菌种在固体培养基上孢子的生长周期。采用基因阻断技术, 将吸水链霉菌17997中的萘醌类AHBA生物合成基因簇(shnSOP)进行破坏, 以获得DSOP菌株, 从而减少对合成所需共同底物AHBA的争夺。HPLC分析结果表明DSOP菌株Gdm的发酵产量比原株提高185%。同时, 通过孢子计数发现该菌株在固体培养基上的孢子生长经历2个周期, 第2代孢子菌种的Gdm产量较高。     

卡西霉素生物合成基因簇中调控基因calR1的功能

【背景】卡西霉素(calcimycin)是重要的离子载体抗生素,其生物合成基因簇已从教酒链霉菌NRRL3882的基因组DNA中成功克隆,但基因簇内的部分生物合成基因及调控基因的功能有待研究。【目的】研究卡西霉素产生菌教酒链霉菌NRRL3882中编码TylR家族同源转录调控蛋白的calR1基因的功能。【方法】通过PCR-targeting的方法,构建calR1基因敲除突变株及回补菌株,对突变菌株及回补菌株进行发酵,通过HPLC分析其代谢产物。利用荧光定量PCR检测ΔcalR1突变菌株和野生菌株的生物合成基因转录水平。【结果】calR1基因敲除突变株丧失产生卡西霉素的能力,但仍有中间产物噻唑霉素的积累,回补菌株中卡西霉素的产量有一定程度的恢复。RT-qPCR结果表明,卡西霉素合成相关的一些重要基因calC、calG、calU3等基因的表达量明显改变。【结论】TylR家族转录调控基因calR1是卡西霉素生物合成的调控基因。     

SQP1质粒上庆丰霉素生物合成基因的变异和重组

通过原生质体形成与再生手段可以获得庆丰链霉菌SQPI质粒上庆丰霉素生物合成基因发生突变的菌株(Qmrq-)。这些突变株,每两个为一对在斜面上混合培养,使之发生杂交,在所得到的子代菌落中,能检出相当数量回复了庆丰霉素生物合成能力的菌落。推测这些菌落的出现是庆丰霉素合成基因不同突变位点发生遗传重组的结果。     

星海链霉菌抑菌活性物质的分离纯化

星海链霉菌(Streptomyces xinghaiensis)是从大连星海湾海泥样品中分离的海洋链霉菌新种,其发酵液具有广谱抗菌活性。研究该菌株的发酵液对临床分离的耐药菌的抑制活性,发现星海链霉菌发酵液对鲍曼不动杆菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌株具有抑制活性。采用SPE、大孔吸附树脂HP-20、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20、HPLC、TLC等对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的物质进行了活性追踪,发现活性物质为弱碱性水溶性成分,无特征紫外吸收,可被茚三酮显色,推断活性物质可能为氨基糖苷类化合物。对星海链霉菌基因组序列进行初步分析,发现一个与核糖霉素生物合成基因簇相似性较高的基因簇,但TLC分析结果表明,活性化合物与核糖霉素不同。     

卡西霉素生物合成调控基因calR2的功能

【背景】卡西霉素(Calcimycin)是由教酒链霉菌NRRL3882产生的吡咯聚醚类抗生素,结构独特且具有广泛的生物活性,但其生物合成调控机制尚不清楚。【目的】研究卡西霉素生物合成基因簇上编码LuxR家族同源蛋白的潜在调控基因calR2的功能。【方法】通过PCR-targeting的方法对卡西霉素基因簇上的calR2基因进行中断,HPLC对突变株及回补菌株的代谢产物进行分析。利用荧光定量RT-PCR分析ΔcalR2突变菌株和野生菌株的基因转录水平差异。【结果】calR2基因中断的突变株不能产生卡西霉素,回补菌株则恢复产生卡西霉素的能力。RT-PCR结果表明卡西霉素生物合成的一些重要骨架基因在ΔcalR2突变株中的转录水平明显降低。【结论】LuxR家族转录调控基因calR2在卡西霉素生物合成过程中起正调控作用。     

链霉菌较小基因组研究进展及展望

微生物合成生物学的重要内容包括挖掘和解析生物合成系统的基本元件,设计和构建具有优良特性的底盘细胞,为微生物药物的高效生物合成奠定理论基础,为微生物药物产业化和新药创制提供强大的支撑。综述了链霉菌较小基因组细胞(底盘)的构建方法、评估、应用等相关研究,提出了链霉菌较小基因组细胞系统设计理念、高版本工业链霉菌底盘构建思路及其评估体系,并探讨了高版本工业链霉菌底盘高效生物合成重要植物源化合物(青蒿素、紫杉醇、番茄红素等)的产业应用前景。     

圈卷产色链霉菌san7324和san7324L基因阻断对形态分化和尼可霉素产生的影响

【目的】圈卷产色链霉菌全局性调控基因wblA阻断突变后,尼可霉素不再产生。RNA-seq和转录分析表明san7324基因在野生型菌株中可以正常转录,而在wblA阻断突变株(ΔwblA)中不能转录,为此本文旨在揭示san7324与尼可霉素产生的关系。【方法】利用同源双交换策略对san7324进行基因阻断,而后通过基因遗传回补及对尼可霉素生物合成相关基因的转录分析等方法研究san7324的功能。【结果】在相同培养条件下,阻断突变株Δsan7324与野生型菌株相比失去了合成尼可霉素的能力。我们通过同源比对发现圈卷产色链霉菌中还存在一个与san7324同源的基因san7324L,该基因的阻断导致尼可霉素产量降低。当san7324和san7324L两个基因同时被阻断后,得到的突变株Δsan7324-san7324L生长稀疏而且不能正常发育分化形成灰色表型的孢子或孢子链,只能形成白色表型的气生菌丝,同时也丧失了合成尼可霉素的能力。当这两个基因(san7324-san7324L)回补双突变株后,则恢复了野生型的表型(能形成孢子链并恢复尼可霉素的产生)。进一步的研究初步表明san7324和san7324L的阻断主要影响了尼可霉素生物合成基因簇中途径特异性调控基因sanG的转录水平,从而影响圈卷产色链霉菌的发育分化和尼可霉素的产生。【结论】该结果为链霉菌形态分化与生理代谢关系的研究提供了更多的证据,同时为多效调控基因wblA作用机制的阐明奠定了基础。     

圈卷产色链霉菌尼可霉素生物合成基因一sanL的结构与功能

利用染色体步移策略,以尼可霉素生物合成相关的基因片段为探针,从圈卷产色链霉菌中克隆到了一个大约10kb的DNA片段.序列分析表明此片段中除含有sanK外,在sanK的上游还有一个完整开放阅读框——sanL.sanL与sanK的转录方向相同,具有1281个核苷酸,起始密码子为345位的ATG,终止密码子为1623位的TGA.利用Blastx程序进行的分析揭示,此基因可能编码一个赖氨酸-2-氨基转移酶.基因功能研究表明,该基因是圈卷产色链霉菌尼可霉素生物合成所必需的.