基因组分析揭示拟茎点霉XP-8产松脂醇及其糖苷等多种次级代谢产物的合成途径

【目的】通过解析拟茎点霉属XP-8的基因组序列信息,揭示该菌株潜在的代谢途径,并分析松脂醇及其糖苷化合物等次级代谢产物生物合成相关的关键基因。【方法】使用Illumina Hi Seq 2500高通量测序平台对拟茎点霉XP-8菌株进行全基因组测序,并通过不同软件对测序数据进行序列拼接,基因预测与功能注释。【结果】组装后的拟茎点霉XP-8基因组大小为55.2 Mb,GC含量53.5%,含有17094个蛋白编码基因和310个非编码基因。获得了松脂醇及其糖苷化合物等次级代谢产物生物合成相关的基因。系统发育分析揭示出拟茎点霉XP-8与5种子囊菌共有12635个同源基因和5626个基因家族。【结论】拟茎点霉XP-8具有用于合成松脂醇及其糖苷化合物等多种次级代谢物的基因组基础,为下一步的代谢工程改造提供依据。     

聚苹果酸生产菌出芽短梗霉CCTCC M2012223的全基因组测序及序列分析

【目的】解析出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组序列信息,分析其代谢产物聚苹果酸、黑色素、普鲁兰多糖合成相关基因,为深入研究遗传多样性和代谢工程改造提供序列背景信息。【方法】使用Illumina Hi Seq高通量测序平台对出芽短梗霉CCTCC M2012223菌株进行全基因组测序,并对测序数据进行序列拼接,基因预测与功能注释,COG/GO聚类分析,比较基因组学分析等。下载其他5株出芽短梗霉基因组序列,比较分析6株菌的种内同源基因、全基因组进化以及代谢产物合成相关基因。【结果】出芽短梗霉CCTCC M2012223基因组序列全长30756831 bp,GC含量47.49%,编码9452个基因。比较基因组分析表明出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组组装长度最长,6株菌的同源基因数达到7092个,普鲁兰多糖和聚苹果酸合成相关基因的蛋白序列有很高的保守性。出芽短梗霉CCTCC M2012223和Aureobasidium pullulans var.melanogenum亲缘关系最近,而这2株菌的黑色素合成相关基因的蛋白序列有一些插入和突变。【结论】本研究解析了出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组序列信息,获得黑色素、普鲁兰多糖和聚苹果酸合成相关基因,为后续的代谢机制解析和改造提供相关依据。     

一株冠突散囊菌的分离鉴定、基因组成及其枇杷花发酵特性分析

【背景】冠突散囊菌LYEC03是从陕西泾阳茯砖茶中分离得到的主要发酵菌株。【目的】研究冠突散囊菌LYEC03菌株的基因组信息及其发酵枇杷花产品的特性,从分子水平阐明冠突散囊菌的发酵机制。【方法】应用形态和显微形态观察、ITS序列鉴定、重测序及框架图测序对所分离的菌株LYEC03进行鉴定和基因组信息解析,采用所分离的菌株LYEC03发酵枇杷花,研究冠突散囊菌对枇杷花主要功效成分及抗氧化性能的影响。【结果】陕西泾阳茯砖茶中分离得到的主要发酵菌株LYEC03确定为冠突散囊菌。菌株LYEC03与参考基因组覆盖率高,含有丰富的纤维素酶、蛋白酶、氧化酶和脂肪酶相关基因;基因组相关整体变异较小,其中假设蛋白、碳水化合物激酶、纤维素酶家族糖基水解酶、位点2蛋白酶家族蛋白、多酚氧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶等与菌株生长、能量代谢调节、产纤维酶、产蛋白酶和产氧化酶相关的基因发生了变异。菌株LYEC03基因组序列长度30 623 602 bp、GC含量51.70%、编码13 033个基因、编码基因占比55.74%,参与了碳水化合物代谢、氨基酸代谢、外源生物降解代谢、能量代谢、脂质代谢与萜类化合物和聚酮类化合物的...     

茎瘤芥根际一株产紫色杆菌素杜擀氏菌的分离鉴定及其基因组分析

【目的】对茎瘤芥根际微生物进行分离鉴定,分析微生物菌群构成,选择具有优良特性的菌株,评估其次级代谢产物合成能力,为茎瘤芥根际微生物多样性和菌种资源的挖掘利用奠定基础。【方法】采集重庆市涪陵区二渡村和邓家村的茎瘤芥根,分离培养根际微生物菌株,通过菌株形态观察和看家基因的序列分析,对菌株进行初步鉴定、归类和保存。选择具有优良性状的菌株,利用Pacbio RS II和Illumina HiSeq平台完成全基因组测序,通过antiSMASH分析评估其次级代谢产物合成潜力,克隆目的基因簇并进行异源表达和产物鉴定。【结果】分离得到256株微生物,初步鉴定120株;从中鉴定了一株产紫色杆菌素的杜擀氏菌BjR8,完成了基因组测序及分析,发现该菌基因组为一条环状染色体,全长7 205 593 bp,GC含量为64.67%,含有6 241个编码基因。生物信息学分析发现基因组含有9个次级代谢产物生物合成基因簇,其中7个基因簇与已知化合物编码基因簇同源性较低,说明该菌具有产生多种新型次级代谢产物的潜力;克隆得到紫色杆菌素生物合成基因簇,并在变铅青链霉菌TK23中完成了异源表达。【结论】从茎瘤芥根际分离得到25...     

黄翅大白蚁后肠优势菌大白蚁营发酵菌的全基因组序列分析

【目的】营发酵单胞菌属Dysgonomonas是黄翅大白蚁后肠的第二优势微生物。前期研究中,我们从黄翅大白蚁后肠分离出一种命名为大白蚁营发酵菌的新菌。为深入了解大白蚁营发酵菌在宿主白蚁体内发挥的作用和功能,有必要解析大白蚁营发酵菌的基因组序列信息。【方法】使用Illumina Miseq测序平台获取该菌的全基因组序列,将其全基因组序列经过注释的基因蛋白质序列提交COG和KEGG数据库进行BLASTp比对分析,确定该菌潜在的重要酶类和代谢途径,并对个别纤维素酶活进行检测。【结果】大白蚁营发酵菌整个基因组大小为4655756 bp,GC含量为38.54%,DDBJ数据库登录号为BBXL01000001–BBXL01000078。生物信息学分析结果表明菌株大白蚁营发酵菌具有多个木质纤维素降解酶基因,且具备完整的木质纤维素降解和乙酸、乳酸生成通路。此外发现该菌株中存在与氮源代谢和抵御病原体相关的基因。【结论】本研究首次解析大白蚁营发酵菌的全基因组序列,了解其基因组基本特征,初步探讨了该菌降解木质纤维素的过程,为细菌协助宿主白蚁降解木质纤维素提供了理论基础,同时为该菌可能参与宿主白蚁氮源代谢和抵御病原体入侵提供了依据。     

毕赤酵母组成型表达脂肪酶及其高通量筛选方法

【目的】获得组成型表达脂肪酶毕赤酵母,建立利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因的有效方法。【方法】运用PCR技术从pGAPZαA表达载体上扩增得到GAP启动子片段,插入到表达载体pPIC9K-proRCL中,构建组成型表达载体pGAPK-proRCL。在保留含有同源双交换重组序列的诱导型启动子AOX1序列的基础上,电转化后华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶基因proRCL表达盒在毕赤酵母基因组上发生双交换整合事件,从而组成型表达单拷贝的华根霉脂肪酶基因。【结果】重组菌发酵144 h后,脂肪酶最高酶活为130 U/mL。利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因。【结论】该方法将初筛时间从12 d缩短为3 d,排除了多拷贝突变株的干扰,为后续脂肪酶的定向进化及筛选奠定了基础。     

利用木质纤维素类生物质产微生物絮凝剂Pseudomonas boreopolis GO2的全基因组测序及比较基因组学分析

【目的】Pseudomonas boreopolis GO2可以利用木质纤维素类生物质为唯一碳源发酵产微生物絮凝剂。解析菌株GO2的全基因组特征可为利用木质纤维素类生物质定向合成多糖型微生物絮凝剂提供分子基础。【方法】利用Illumina NovaSeq测序平台对菌株GO2进行测序,用SMRT等软件进行基因组组装、系统发育分析、基因预测和功能注释,并与4株近缘模式株进行了比较基因组分析。【结果】菌株GO2基因组大小为4 498 896 bp,GC含量为69.5%,共编码3 906个基因。菌株GO2与Pseudomonas boreopolis JCM 13306的16S r RNA基因相似性、平均核苷酸一致性(average nucleotide identity, ANI)、DNA-DNA杂交(DNA-DNA hybridization, DDH)值最高,分别为99.93%、98.36%和88.00%,将菌株GO2命名为Pseudomonas boreopolis GO2。比较基因组分析发现,GO2与4个近缘模式菌株共有2 348个直系同源核心基因,主要参与碳水化合物代谢、氨基酸代谢...     

华根霉固态与液态培养产胞外蛋白的比较蛋白质组学分析

【目的】考察固态和液态两种培养方式对丝状真菌华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021产胞外蛋白的影响,以加深对微生物固、液态培养特异性产酶的认识。【方法】利用成分相同的培养基对华根霉分别进行平板固态培养和液态培养,提取华根霉所产胞外蛋白,采用二维凝胶电泳(2-DE)结合质谱分析,分离鉴定差异蛋白。【结果】固态培养下华根霉所产胞外蛋白的蛋白酶活性是液态培养的9.2倍。胞外蛋白质组数据分析表明,华根霉固态和液态培养所产胞外蛋白存在显著差异,其中约70%是固态和液态培养下各自产生的特有蛋白。质谱鉴定进一步表明,固、液态培养对华根霉产胞外蛋白的种类和表达量都有显著影响,其中水解酶类所占比例较大,主要是与蛋白质降解相关的蛋白。【结论】固态和液态不同培养方式影响了华根霉产胞外蛋白的组成,有些基因只在特定培养方式下表达。固态培养下华根霉产胞外蛋白酶种类相对更多以及大部分蛋白酶的上调表达,可能是固态培养下胞外蛋白酶活性很高的原因。研究结果提示需要注意固液态不同培养方式下丝状真菌胞外酶的筛选和生产可能存在的不一致性。     

一株重寄生枝孢菌的基因组测序及重寄生机制分析

【背景】枝孢菌SYC63是一株具有重寄生作用和抗菌活性的潜在生防菌株,目前尚无研究报道该菌株的全基因组序列,因此限制了其开发与利用。对该菌株进行基因组测序与分析,将进一步了解其重寄生的分子机制,为其在生物防治上的应用奠定研究基础。【目的】解析枝孢菌SYC63基因组序列信息,初步探究该菌的重寄生作用机制。【方法】利用二代高通量测序平台对枝孢菌SYC63进行全基因组测序,运用相关软件对其测序数据进行基因组组装、基因功能注释、预测次级代谢产物合成基因簇并分析重寄生相关的碳水化合物酶类基因等。【结果】基因组组装后共得到17个contigs,总长度为31 912 211 bp,GC含量为52.80%,预测到12 327个编码基因。其中,4 029、949和6 595个基因分别能在KEGG、COG和GO数据库中被注释到,同时还预测到25个次级代谢产物合成基因簇。对重寄生机制相关的碳水化合物酶类进行分析并与重寄生菌株(拟盘多毛孢菌、木霉及盾壳霉)比较,发现该菌具有较多的糖苷水解酶和糖脂酶基因,而且细胞壁降解酶类基因经锈菌孢子壁处理后在转录组测序中显著上调表达,初步分析了该菌与重寄生木霉在分子水平上的...     

一株稀有海洋真菌Stachybotrys longispora FG216的De Novo测序及基因组学分析

【背景】长孢葡萄穗霉菌(Stachybotrys longispora) FG216是一株稀有海洋真菌,其次生代谢产物FGFC1具有纤溶活性。进行S. longispora FG216的基因组序列分析,将充实和促进海洋微生物功能基因和次生代谢产物合成生物学的基础研究和应用研究。【目的】解析S. longispora FG216的基因组序列,分析基因组生物功能和同源相似性关系,分析次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1的相关基因。【方法】基于Illumina HiSeq高通量测序平台对S. longispora FG216菌株进行De Novo测序,使用SSPACE、Augustus等软件进行组装、编码基因预测、基因功能注释、物种共线性分析以及预测FGFC1次生代谢产物合成基因簇。【结果】S. longispora FG216的基因组测序总长度为45622830bp,共得到605个Scaffold,GC含量为51.31%,注释预测得到13329个编码基因和169个非编码RNA。基因组测序数据提交至国家微生物科学数据中心(编号为NMDC60016264),其中13 053、8 422、8 460、7 714和2 847个基因分别能够在NR、KEGG、KOG、GO和CAZy数据库匹配到注释信息。比较基因组学分析发现,Stachybotrys具有保守性,核心基因占基因家族总数目的71.44%,S. longispora FG216与S. chlorohalonata IBT 40285的相似性最高;同时,预测得到101个次生代谢产物合成基因簇,其中18个基因簇与已知的化合物相匹配。通过antiSMASH预测,Cluster57是编码合成FGFC1母核结构异吲哚啉酮的基因簇,与S.chlorohalonataIBT40285中的基因簇相似度为40%。【结论】海洋稀有真菌S.longisporaFG216的基因组信息已上传至国家微生物科学数据中心公开使用,为Stachybotrys种属的研究提供了重要的参考意义,同时发现了S. longispora FG216次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1母核部分编码基因是Cluster 57。     

华根霉液态培养生产脂肪酶不同形态菌体的转录组差异分析

【背景】作为发酵工业中一类重要的生产菌株,丝状真菌目的产物的形成与菌体形态有着紧密的联系。华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021是从我国传统酿造浓香型白酒大曲中筛选到的一株丝状真菌,其生成的包括脂肪酶在内的酶蛋白具有较高的工业应用价值。【目的】华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021在脂肪酶液态发酵中形成两种不同形态菌体,发酵表现差异明显。本研究考察华根霉不同菌体形态及其细胞代谢在转录组水平的内在差异。【方法】基于RNA-Seq高通量转录组测序,分别对液态培养获得的不同形态华根霉菌体高表达和显著差异表达的转录基因进行功能分析。【结果】两种形态菌体转录组存在明显的差异。利用RPKM值对表达量最高的前20个基因进行分析,聚集态菌体高表达基因主要为不同类别的核糖体蛋白,而分散态菌体中与细胞形态相关的几丁质酶及与信号传导相关的基因也是高表达基因。在两种形态菌体显著差异表达的20个基因中,除了涉及代谢的基因有明显不同外,分散态菌体中也有一些涉及"细胞过程与信号"的基因上调表达显著。两种形态菌体中独有表达基因总体表达量均较低,但聚集态菌体独有表达基因在基因种类和表达量上都要明显高于分散态菌体。同时,转录分析表明,华根霉脂肪酶在聚集菌体中较高的生产水平与脂肪酶基因的高水平转录有关。【结论】菌体形态的差异显著影响了华根霉的转录组,不仅不同形态菌体高表达基因和显著差异表达基因有明显不同,而且功能相同的蛋白在不同菌体形态下也多是由不同基因表达,它们可能承担着不同的作用。总体而言,华根霉聚集态菌体中存在更为复杂的生理过程,而分散菌体中受到信号的传导和调控似乎更多。菌体形态的改变可能是细胞分化的结果,伴随着菌体对细胞微环境改变的一种响应。研究结果为深入了解丝状真菌形态分化的内在机制及其影响提供了一些线索。     

植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物的生长、发育过程中起着重要的作用。植物中的萜类化合物有两条合成途径:甲羟戊酸途径和5-磷酸脱氧木酮糖/2C-甲基4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径。这两条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶,其中关键酶的作用决定了下游萜类化合物的产量。植物类萜生物合成途径的调控以及该途径中关键酶的研究已成为目前国内外生物学领域的一大热点。综述了植物类萜生物合成途径和参与该途径的关键酶及其基因工程的研究进展,并展望了其应用前景。     

高通量测序分析不同浓度的白鲜碱对须癣毛癣菌转录组的影响

[背景]目前,由皮肤浅部真菌引起的皮肤病逐年增加,已经成为影响人类健康的重大问题之一。[目的]探究白鲜碱(dictamnine,DIC)单体对须癣毛癣菌的抑菌作用及作用机制。[方法]通过高通量测序技术对须癣毛癣菌及白鲜碱作用后的须癣毛癣菌进行转录组测序,对测序序列进行处理和生物信息学分析,以及测序质量评价和序列注释。通过与对照组比较,鉴别出差异表达基因,然后进行GO功能显著性分析和KEGG代谢途径分析等。[结果]白鲜碱对须癣毛癣菌的MIC值为50μg/mL。DIC高剂量组与对照组比较,共360个差异基因;其中上调表达265个,下调表达95个。MFS1、KU70、KU80、L2、cpaT、MFS2、VdtG、patC等基因表达有显著差异。GO功能富集表明,差异基因主要集中于核糖体、线粒体膜、抗氧化活性、毒素代谢过程、单一生物代谢过程、次生代谢过程、初级活性跨膜转运蛋白活性和活跃的跨膜转运蛋白活性等。KEGG代谢途径的改变主要集中在ABC转运、膜运输障碍、谷胱甘肽代谢、DNA的复制与修复变化、减数分裂、氧化磷酸化和丙酮酸代谢障碍等富集通路上,并且相关基因均有显著性改变(P<0.05)...     

磷甘霉素和洛伐它汀处理对中国红豆杉悬浮培养细胞生物合成紫杉醇的影响

采用非甲羟戊酸途径抑制剂磷甘霉素和甲羟戊酸途径抑制剂洛伐它汀对中国红豆杉悬浮细胞培养物进行处理.在添加和未添加茉莉酸甲酯诱导的情况下,前者使紫杉醇产量减少了2/5和1/5,后者使紫杉醇产量减少了1/6和1/10,表明两种途径对紫杉醇的生物合成都具有贡献,其中非甲羟戊酸途径贡献较大;通过定量PCR技术分别检测两条途径的关键酶5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(DXR)和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)mRNA水平的变化,发现两种抑制剂都能够激活hmgr和dxr的转录,表明两种代谢途径之间存在协同作用,共同为紫杉醇的生物合成提供前体.     

小立碗藓萜类物质的合成酶基因分析及其UPLC-QTOF检测

根据基因组信息和KEGG数据库分析小立碗藓基因组中合成萜类物质的基因,比较小立碗藓与酵母和拟南芥合成萜类物质基因的氨基酸序列同源性同时利用UPLC-QTOF分析小立碗藓中物质组成,来分析小立碗藓基因组中萜类物质合成的基因及小立碗藓中存在的萜类物质。与酵母相比,小立碗藓两条萜类次生代谢途径完整,途径中的基因及氨基酸丰富性更高,提示可以合成更丰富的前体物质如FPP,GPP等;小立碗藓与拟南芥的序列相似性较高,萜类背景简单。UPLC-QTOF分析检测到小立碗藓中次生代谢物质主要是芳香族化合物及各类生物碱,一种萜类物质ent-16beta-Methoxy-19-kauranoic acid。小立碗藓中本身具有合成萜类前体物质和二萜的基因,检测到少量萜类物质,适合作为萜类活性物质异源合成的底盘细胞。     

Phylogenetic analysis based on genome-scale metabolic pathway reaction content

Phylogenetic classifications based on single genes such as rRNA genes do not provide a complete and accurate picture of evolution because they do not account for evolutionary leaps caused by gene transfer, duplication, deletion and functional replacement. Here, we present a whole-genome-scale phylogeny based on metabolic pathway reaction content. From the genome sequences of 42 microorganisms, we deduced the metabolic pathway reactions and used the relatedness of these contents to construct a phylogenetic tree that represents the similarity of metabolic profiles (relatedness) as well as the extent of metabolic pathway similarity (evolutionary distance). This method accounts for horizontal gene transfer and specific gene loss by comparison of whole metabolic subpathways, and allows evaluation of evolutionary relatedness and changes in metabolic pathways. Thus, a tree based on metabolic pathway content represents both the evolutionary time scale (changes in genetic content) and the evolutionary process (changes in metabolism).     

链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167中Naphthgeranine A生物合成基因簇的分析鉴定

【背景】微生物来源的天然产物是小分子药物或药物先导物的重要来源。对链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167的基因组分析显示,其包含多个次级代谢产物的生物合成基因簇,具有产生多种新化合物的潜力。【目的】对链霉菌S. antibioticus NRRL 8167中次级代谢产物进行研究,以期发现结构新颖或生物活性独特的化合物,并对相应产物的生物合成基因簇和生物合成途径进行解析。【方法】利用HPLC图谱结合特征性紫外吸收和LC-MS方法,排除S. antibioticus NRRL 8167产生的已知化合物,确定具有特殊紫外吸收的化合物作为挖掘对象,然后利用正、反相硅胶柱色谱、高效液相色谱等技术对次级代谢产物进行分离纯化,分离化合物。利用质谱及核磁共振光谱技术对化合物结构进行解析和鉴定;提取链霉菌S. antibioticus NRRL 8167基因组DNA,利用PacBio测序平台进行基因组测序;利用生物信息学对基因组进行注释,并对合成该化合物的基因簇进行定位分析,推导其生物合成途径。【结果】确定这个化合物是NaphthgeranineA,属于聚酮类化合物。全基因组序列分析发现S.antibioticusNRRL8167基因组含有28个次级代谢产物生物合成基因簇,其中基因簇20可能负责Naphthgeranine A的生物合成,并对其生物合成途径进行了推导。【结论】基于紫外吸收光谱和质谱特征,从S. antibioticus NRRL 8167菌株的发酵提取物中分离鉴定了一个聚酮类化合物Naphthgeranine A。该菌株的全基因组测序为其生物合成基因簇的鉴定提供了前提,对Naphthgeranine A生物合成基因簇和生物合成途径的推测为进一步研究这个化合物的生物合成机制奠定了基础。     

基于转录组分析铜绿假单胞菌DN1降解荧蒽特性

[背景]铜绿假单胞菌DN1是一株从石油污染土壤中分离筛选到的具有广谱降解功能的菌株。[目的]深入了解荧蒽胁迫条件下铜绿假单胞菌DN1降解污染物过程中重要的降解相关基因信息。[方法]通过高通量测序技术对铜绿假单胞菌DN1进行转录组测序,对其所有的转录本进行KEGG (kyoto encyclopedia of genes and genomes)分类和Pathway注释、GO (gene ontology)分类和富集分析。[结果]转录组测序显示:与对照组相比,荧蒽诱导组检测到6 189个基因,其中1 919个基因上调表达,1 603个基因下调表达。KEGG注释分析显示差异上调表达基因匹配到了112个KEGG代谢途径,注释到"代谢途径"的1 408个基因(约占总差异基因的73.4%)中有317个基因参与了碳氢化合物代谢及含有苯环结构的异源生物质的生物降解,占"代谢途径"的16.53%,暗示了菌株DN1降解荧蒽可能与这些途径有密切关系。另外,主要代谢途径中的差异表达基因主要集中在ABC转运系统、氨基酸生物合成、双组分系统及碳代谢,这些途径大多数参与了底物的识别转运、信号转导及基因表达调控。[结论]进一步拓展了铜绿假单胞菌DN1在荧蒽胁迫条件下的代谢途径和逆境反应,也为微生物修复环境污染物研究夯实了理论基础。