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。     

绿色木霉组蛋白去乙酰化酶编码基因TvRpd3在木霉生物防治作用中的功能分析

【目的】本文借助基因编辑技术在具有生物防治潜力的绿色木霉(Trichoderma viride)中敲除组蛋白去乙酰化酶编码基因TvRpd3,来研究TvRpd3基因及其编码蛋白在提高木霉病原菌拮抗能力中的作用。【方法】利用融合PCR和同源重组策略构建了TvRpd3基因缺失的突变菌株,通过对峙培养、表型观察、免疫组化检测、代谢组学分析等系统比较TvRpd3基因敲除前后菌株的组蛋白乙酰化修饰水平、次级代谢产物合成、病原菌拮抗能力以及田间防治效果等。【结果】与野生型菌株相比,缺失TvRpd3基因的木霉工程菌(?TvRpd3)对多种病原菌表现出了更强的对峙抑制效果,其所产的发酵液对小麦白粉病、烟草黑胫病和番茄枯萎病的防治效果分别提高了62.27%、57.45%和70.71%。同时,敲除TvRpd3基因也显著改变了木霉工程菌所产次级代谢产物的种类和产量,抗生性物质的产量大幅提高。【结论】绿色木霉TvRpd3基因及其介导的组蛋白乙酰化修饰在提高绿色木霉生物防治中起着重要作用。     

生防菌密旋链霉菌Act12中SPA7074缺失突变株的构建及其次级代谢产物鉴定

【目的】通过基因工程手段构建生防菌Act12转录调控因子SPA7074缺失突变株,并挖掘其中活性次级代谢产物资源和探讨其活性机理。【方法】利用同源重组方法敲除Act12基因组中可能的Tet R家族转录调控因子编码基因spa7074(accession number:KU955325),平板实验检测缺失突变株发酵液抑菌活性的变化,并通过HPLC比较代谢图谱,然后通过质谱及核磁共振对差异峰对应化合物进行结构鉴定。【结果】SPA7074缺失突变株对几种病原真菌的拮抗活性显著增强,比较代谢图谱表明出现数个差异峰,将最显著差异峰所对应化合物进行分离纯化鉴定,结果为寡霉素D。【结论】本研究通过基因工程手段敲除生防菌株Act12中的负转录调控转录因子,使得突变菌株抑菌活性显著增强,并获得了产量达野生型菌株7倍的寡霉素D高产菌株Δspa7074。     

crgA调控三孢布拉霉合成类胡萝卜素

【目的】探究crgA基因在三孢布拉霉合成类胡萝卜素过程中的调控作用。【方法】克隆三孢布拉霉crgA基因并利用split-marker策略敲除该基因;在表型特征、关键酶基因转录水平、类胡萝卜素合成水平等方面将基因敲除株与野生株进行比较分析。【结果】与野生型菌株相比,crgA基因敲除菌产孢能力明显下降,而类胡萝卜素合成途径中的关键酶基因转录水平明显提高,在发酵120h后β-胡萝卜素的积累量提高了31.2%。将crgA基因重新导入到敲除菌后,该菌的性状恢复至野生型。【结论】crgA基因调控三孢布拉霉的生长和产孢能力,并通过调控类胡萝卜素关键酶基因表达来调控类胡萝卜素的合成,是一个负调控因子。     

基于基因组挖掘的农抗120活性成分制霉菌素和丰加霉素的发现和鉴定

【目的】分析刺孢吸水链霉菌北京变种(农抗120产生菌)基因组和次级代谢产物组分,研究并鉴定农抗120产生菌中未被发现的活性组分。【方法】利用antiSMASH在线分析农抗120产生菌Streptomyces hygrospinosusvar.beijingensis基因组信息,锁定可能的制霉菌素和丰加霉素生物合成基因簇。利用HPLC和LC-MS等分析方法对农抗120产生菌发酵产物进行分析,同时利用制霉菌素和丰加霉素标准品作为对照,以鉴定该菌株代谢组分中的次级代谢产物。此外,通过构建目标基因簇大片段缺失突变株,并对所得突变株发酵产物进行检测,以确定生物合成基因簇与目的代谢产物的对应关系。【结果】本研究综合利用基因组序列分析、基因缺失突变株构建以及代谢产物检测方法,鉴定了农抗120产生菌中制霉菌素和丰加霉素两种活性成分,并确定了负责这些化合物合成的基因簇。【结论】本研究所构建的多重基因簇失活突变株为挖掘刺孢吸水链霉菌北京变种更多的天然次级代谢产物奠定了基础。     

酮基合酶AlpRQ影响醌那霉素的产量

【背景】角蒽环类聚酮化合物醌那霉素生物合成基因簇包含了两套酮基合酶(KSα和KSβ)的编码基因,即alpA,alp B和alpR,alpQ,AlpA和AlpB被证明是醌那霉素合成过程中必需的酮基合酶,而AlpR和AlpQ则被认为与别的化合物的合成相关。【目的】鉴于alpR和alpQ和必需基因alpS在醌那霉素合成基因簇上紧密相邻,本研究旨在确定它们与醌那霉素生物合成的相关性。【方法】PCR-targeting在细菌人工染色体(BAC)文库质粒上进行多基因敲除,构建好的文库质粒再导入通用宿主Streptomyces albus J1074中进行异源表达,并用高效液相色谱(HPLC)检测突变株和野生型菌株的发酵产物。【结果】AlpR和AlpQ对醌那霉素的合成没有直接影响,但是敲除AlpRQ突变株的发酵液中醌那霉素的产量显著提高了。【结论】AlpR和AlpQ很有可能是另一Ⅱ型聚酮化合物的KS_α和KS_β,它们与AlpA和AlpB竞争共同的合成前体。本研究还证明了AlpR和AlpQ并不能替代AlpA和AlpB的功能。     

除虫链霉菌10个聚酮类抗生素生物合成基因簇的敲除对阿维菌素产量的影响

【目的】考察除虫链霉菌基因组中其它聚酮合成酶类(Polyketide synthase,PKS)抗生素生物合成基因簇的敲除突变对于阿维菌素产量的影响。【方法】构建了11个PKS基因簇的打靶Cosmid和质粒载体,导入除虫链霉菌中筛选突变株。【结果】在工业菌株MMR630中成功敲除了10个PKS基因簇。发酵结果显示7个PKS基因簇敲除突变株中阿维菌素的产量均有不同程度的提高,而2个突变株不能产生阿维菌素。然而,在3个连续敲除2个PKS基因簇的突变株中阿维菌素产量没有能够超过单个PKS敲除突变株的提升幅度。【结论】除虫链霉菌基因组的一些PKS基因簇的敲除可以提高阿维菌素的产量,同时暗示同一类次生代谢产物的代谢流之间存在复杂的相互作用关系。     

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...     

吸水链霉菌HS023 milF基因敲除构建产5-酮米尔贝霉素基因工程菌

【目的】通过敲除吸水链霉菌HS023的mil F基因,构建产5-酮米尔贝霉素的基因工程菌。【方法】构建mil F基因敲除质粒p MSST-Δmil F,转入米尔贝霉素产生菌——吸水链霉菌HS023,获得mil F基因敲除的双交换突变株F2-18。【结果】发酵结果表明:mil F基因敲除突变株F2-18不再产生米尔贝霉素,仅产生中间产物5-酮米尔贝霉素,且发酵单位较出发菌株略有提升。【结论】通过敲除mil F基因,发酵可生产5-酮米尔贝霉素,并直接用于驱虫药米尔贝肟和乐平霉素的化学合成,可大大简化从米尔贝霉素到米尔贝肟和乐平霉素的合成步骤。     

红球菌R04苯甲酸转运相关膜蛋白RHOGL009301的生理功能

【目的】探究红球菌(Rhodococcus sp.)R04膜蛋白RHOGL009301的生理功能和突变菌株的代谢特性,确定该膜蛋白的生理功能与苯甲酸转运的关系。【方法】将RHOGL009301基因与绿色荧光蛋白基因在Rhodococcus erythropolis进行融合表达,Delta Vision观察该基因蛋白产物的定位。通过基因同源重组敲除RHOGL009301基因,并对比野生型菌株和缺陷型菌株在不同碳源培养下的生长情况。HPLC测定红球菌R04野生型菌株和缺陷型菌株代谢联苯和苯甲酸时细胞内外代谢物,分析不同生长条件下代谢物的浓度变化。【结果】RHOGL009301基因与绿色荧光蛋白基因在Rhodococcus erythropolis中实现共表达,并定位在细胞膜上。获得了RHOGL009301基因的缺陷型菌株R04ΔMP,与野生型菌株相比,缺陷型菌株在联苯和苯甲酸培养条件下的生物量明显降低,生长速度减慢。HPLC分析表明RHOGL009301基因的缺失抑制了苯甲酸的转运。【结论】膜蛋白RHOGL009301是苯甲酸代谢和转运相关的蛋白,基于序列同源性分析,该膜蛋白是一种新型的苯甲酸转运蛋白。     

斑鸠霉素氧化酶CftA体外生物活性研究

【背景】斑鸠霉素及其氧化衍生物属于多环特特拉姆酸大环内酰胺类化合物,具有良好的生物活性,挖掘更多新颖斑鸠霉素类似物具有重要意义。细胞色素P450氧化酶CftA被认为能催化斑鸠霉素的氧化反应,但未有相关体外实验数据的报道。【目的】通过体外生化实验鉴定氧化酶CftA的功能,并探索其催化斑鸠霉素氧化反应的机制。【方法】利用基因合成的方法直接克隆斑鸠霉素氧化酶基因cftA,于大肠杆菌中诱导表达后,纯化蛋白进行体外酶反应,利用高效液相色谱与高分辨质谱联用技术鉴定酶反应产物。【结果】在体外,氧化酶CftA催化斑鸠霉素生成一个新的氧化衍生物Hydroxyikarugamycin D和一个已知氧化衍生物Clifednamide A。【结论】进行了细胞色素P450氧化酶CftA的体外生化研究,证实其能特异性催化斑鸠霉素C29位的两步氧化反应,为进一步探索斑鸠霉素P450氧化酶的催化机制,以及通过生物酶催化拓展斑鸠霉素类多环特特拉姆酸大环内酰胺化合物的结构多样性奠定了基础。     

二氧化碳固定酶固碳效率及其对地衣芽孢杆菌代谢的影响

【背景】随着代谢工程与合成生物学的快速发展,通过对异养微生物进行代谢改造,利用生物法进行二氧化碳固定成为一个新的趋势。生物代谢途径中存在着大量固碳酶,这些酶尚待挖掘与应用,不同的酶固碳效率之间也缺少比较。【目的】在体外和体内对固碳功能和效率进行评价。【方法】选取3种固碳酶,即核酮糖1,5-二磷酸羧化加氧酶(ribose 1,5-diphosphate carboxylation oxygenase, RuBisCo)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase, PCK)和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase, ACC)在大肠杆菌中异源表达并纯化。测定纯酶的酶活,并建立无细胞催化实验-液质联用评价酶固碳能力的方法。在厌氧发酵条件下检测代谢指标,比较过表达固碳酶的地衣芽孢杆菌相较于原始菌的代谢差异。【结果】3种酶均实现可溶性表达,纯酶的比酶活分别为66.43、1.16和12.52 U/mg。通过体外无细胞催化实验,ACC在3种酶中表现出最高的固碳效率。分别过表达了PCK、ACC的重组地衣芽孢杆菌,厌氧发酵主产物乳酸的转化率从48.6%分别提升至58.1%和59.7%。【结论】可以通过体外、体内结合的方式对固碳酶的效率进行评价,该研究可为固碳酶在微生物遗传改造中理性、精准地应用提供参考。     

黄芩苷对嗜水气单胞菌生物膜形成的影响及体内外的抑菌作用

[目的]探讨中药单体黄芩苷对嗜水气单胞菌在体内外生长及生物膜形成的影响.[方法]体外实验中,利用牛津杯法检测抑菌圈直径,结晶紫法检测生物膜的形成,通过泳动实验检测黄芩苷对嗜水气单胞菌运动性的影响,紫外吸收法检测细胞膜完整性,用透射电镜技术观察黄芩苷对细菌形态的影响.体内实验利用草鱼为对象检测黄芩苷对嗜水气单胞菌增殖的影...     

基于转录组分析的染色体大片段缺失及其对井冈霉素高产菌株的影响

【目的】测试大片段删减低转录区域对菌体生长和井冈霉素产量的影响。【方法】通过转录组分析,选择染色体上连续的基因低转录区域进行大片段缺失,通过Cre-loxP位点特异性重组得到1.2 Mb片段缺失突变株LCY-4。HPLC检测缺失株井冈霉素产量的变化,并测定干重绘制生长曲线。【结果】通过转录组分析,我们在井冈霉素高产菌株TL01染色体左侧末端发现了1.9 Mb的连续基因低转录区,使用Cre-loxP系统对其中的1.2 Mb区域进行大片段缺失,成功得到了1.2 Mb缺失突变株LCY-4。和出发菌株TL01相比,缺失突变株LCY-4中井冈霉素发酵产量基本保持不变,生物量有显著提高,最高增幅达到44%。【结论】1.2 Mb区域的成功缺失,意味着基于转录组分析寻找连续的基因低转录区域并加以缺失的策略的可行性。1.2 Mb片段缺失对菌体生物量积累具有明显促进作用,为后续将其开发成氨基环醇类药物异源表达的通用高产宿主奠定了基础。     

克氏梭菌硫解酶的鉴定及其功能研究

【目的】硫解酶是梭菌属微生物合成短中链脂肪酸的关键酶。克氏梭菌(Clostridium kluyveri)具有3个高度同源的硫解酶编码基因,对这3个基因的功能鉴定是解析克氏梭菌高己酸合成能力的关键。【方法】通过发酵动力学分析确定克氏梭菌的己酸和丁酸生成动力学特征;转录组测序结合反转录-荧光定量RCR分析克氏梭菌3个硫解酶编码基因的表达水平和时序表达特征;在大肠杆菌中异源表达这3个硫解酶,并对其硫解酶动力学参数进行测定。【结果】克氏梭菌生成丁酸、己酸、辛酸,其中己酸为主要代谢产物;转录组数据显示,在乙酸消耗完全之前,thlA1基因维持恒定表达,thlA2基因表达时序上调,thlA3基因表达时序下调,转录组测序表明3个硫解酶编码基因均具有较高水平的转录活性,thlA2和thlA3的最高表达量分别约为thlA1的29%和43%;硫解酶动力学参数测定结果表明,克氏梭菌3个硫解酶对于四碳底物均显示出相似的底物亲和力(K_m),但ThlA1对四碳底物的催化效率(k_(cat)/K_m)略低于ThlA2和ThlA3。【结论】克氏梭菌的3个硫解酶均具有催化活性,在克氏梭菌体内均呈活跃表达,表明克氏梭菌拥有3个具有催化活性的硫解酶,这为后续深入研究克氏梭菌己酸合成机理奠定了基础。     

阿拉伯海假交替单胞菌N1230-9两个甲基受体趋化蛋白的功能鉴定

【目的】作为海洋中的特有及优势种群,假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)普遍拥有多个甲基受体趋化蛋白(methyl-accepting chemotaxis protein, MCP),探究这些趋化受体的功能。【方法】以太平洋表层海水来源的一株阿拉伯海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas arabiensis) N1230-9为研究对象,利用软琼脂平板法测试该菌株对23种碳源的趋化能力,继而利用同源重组策略构建2个含sCache结构域MCP编码基因(woc28264和woc27036)缺失突变体,并分析突变体对10种碳源的趋化能力。【结果】菌株N1230-9对海藻糖、麦芽糖、蔗糖、N-乙酰氨基葡萄糖、l-苹果酸、乙酸钠、丙酸钠、丙酮酸钠、柠檬酸和琥珀酸10种碳源具有趋化能力。WOC28264是l-苹果酸和蔗糖的特异性趋化受体,WOC27036则是柠檬酸和琥珀酸的特异性趋化受体。此外,WOC28264和WOC27036还均是N-乙酰氨基葡萄糖和海藻糖的趋化受体。【结论】WOC28264和WOC27036存在重叠的碳源效应物。     

嗜麦芽窄食单胞菌OUC_Est10全基因组测序及脂类水解酶多样性分析

[目的]本研究的目的是研究嗜麦芽窄食单胞菌OUC_Est10中脂类水解酶的多样性。[方法]使用离子交换层析、全基因组测序和异源表达三种方法研究嗜麦芽窄食单胞菌OUC_Est10中脂类水解酶的多样性。[结果]离子交换层析结果显示嗜麦芽窄食单胞菌OUC_Est10可以分泌多种脂类水解酶。通过全基因组测序,我们给出了该菌的全基因组序列,该基因组大小为4668743 bp,GC含量为66.25%。通过详细的基因组序列分析,我们从该基因组中找到33个可能具有脂类水解酶活性的假定基因。通过异源表达OUC_Est10中的5个假定脂类水解酶基因,来研究其催化特性的多样性,结果显示这些脂类水解酶具有不同的催化特性。[结论]我们证明了嗜麦芽窄食单胞菌OUC_Est10拥有多样的脂类水解酶,这暗示了它在不同领域中的应用潜力。     

碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中的高效异源表达

【背景】碱性蛋白酶是工业用酶中占比最大的酶类,广泛应用于清洁、食品、医疗等行业。近期研究发现碱性蛋白酶在生产生物活性肽方面有巨大潜力,这将进一步拓宽其在保健食品领域中的应用。【目的】利用枯草芽孢杆菌异源表达地衣芽孢杆菌来源的碱性蛋白酶SubC。【方法】通过筛选3种枯草芽孢杆菌宿主菌株(Bacillus subtilis 1A751、MA07、MA08)和6种信号肽(AmyE、AprE、NprE、Pel、YddT、YoqM),同时优化诱导剂浓度、发酵培养基和发酵时长,最终得到最优重组菌株MA08-AmyE-subCopt。【结果】重组菌株MA08-AmyE-subCopt的胞外酶活力为3.33×103 AU/mL,胞外蛋白分泌量为胞内可溶蛋白表达量的4倍,与携带野生型信号肽的对照组菌株WT相比,酶活提高了73.4%。【结论】异源碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中成功表达,为碱性蛋白酶SubC的表达和在保健食品领域的工业化应用提供了理论基础。     

野油菜黄单胞菌中3-羟基脂酰ACP脱水酶FabZ的生理功能

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc)引起十字花科植物黑腐病,在全球范围内造成经济损失,亟须深入研究其致病机理,开发新的黑腐病防控措施。细菌脂肪酸合成系统不仅为细胞膜合成提供原料,其中间代谢产物还是许多生物活性分子合成的底物,具有重要的生理功能,也是抗菌药物筛选的重要靶标。【目的】研究XccfabZ对扩散信号分子(diffusible signal factor, DSF)类信号产量、致病力、胞外酶、胞外多糖和运动性等方面的影响。【方法】利用报告菌株检测法分析了不同替换突变株的DSF类群体感应信号产量。利用同源重组原理,在DSF类信号高产菌株中获得替换突变株,利用高效液相色谱(highperformanceliquid chromatography, HPLC)法测定DSF类信号产量。利用剪叶法检测替换突变株对寄主植物甘蓝的致病力,并分析了不同菌株的胞外多糖、胞外酶和运动性差异。【结果】报告菌株检测法和HPLC法都证明大肠杆菌fabZ替换突变株(XccΔfabZ/pSRK-EcfabZ)中DSF类信号产量显著下降。...     

卡氏德巴利酵母植酸酶在毕赤酵母中的异源表达及优化

【背景】植酸是一种能螯合金属离子和蛋白质的有机磷类化合物,广泛存在于植物组织中,影响动物对营养元素的吸收。在饲料中加入植酸酶可有效降解植酸。【目的】构建毕赤酵母异源表达卡氏德巴利酵母(Debaryomyces castellii,D. castellii)植酸酶的菌株,促进卡氏德巴利酵母植酸酶的研究及工业应用。【方法】将卡氏德巴利酵母植酸酶基因进行密码子优化后转入毕赤酵母GS115中,通过筛选多拷贝、敲除蛋白酶、过表达分子伴侣及转运蛋白的方法获取优势菌株。【结果】所得重组菌株GS115/DCphy(ΔPep4)(BFR2)的产酶酶活是低拷贝菌株的7倍。【结论】研究结果为卡氏德巴利酵母植酸酶的异源表达及潜在工业应用提供了一定的指导。