黄曲霉毒素生物合成的遗传调控研究进展

黄曲霉毒素是一类具有较强毒性和致癌力的次级代谢产物,在小麦、水稻、玉米和花生等多种粮食、油料、饲料和食品中检出率均比较高。因此,黄曲霉毒素不仅给人和动物的健康造成极其严重的威胁,而且也给食品和饲料等行业造成了巨大的经济损失。黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生。自上个世纪60年代首次发现黄曲霉毒素以来,研究者在黄曲霉毒素合成途径、降解、合成机制和致病机理等方面做了大量研究。本文主要综述近年来国内外以黄曲霉为对象的黄曲霉毒素合成的遗传调控机制研究进展。从转录调控、蛋白翻译后修饰、信号转导途径、参与生长发育和形态建成的蛋白和其他酶等方面对黄曲霉毒素合成机制展开综述,为今后进一步深入系统研究黄曲霉毒素合成机制奠定基础,同时为制定防治黄曲霉及其毒素的策略提供理论基础。     

黄曲霉毒素生物合成径调节基因aflR

黄曲霉毒素生物合成途径调节基因在黄曲霉毒素产生过程中发挥十分重要的作用,它为绝大多数黄曲霉毒素合成相关基因的表达所必需。黄曲霉毒素生物合成途径调节基因的启动子中,含有若干真菌转录因子同源物的假定结合位点。AflR蛋白是黄曲霉毒素生物合成途径中的主要正性转录因子,它调节大多数黄曲霉毒素合成相关基因,也包括其自身基因的表达。     

脂肪酸及其氧合物对曲霉属真菌菌丝生长、产孢和黄曲霉毒素合成的影响

黄曲霉毒素是由黄曲霉菌合成的一类毒性极高、致癌性极强的次生代谢物。一般认为,高油脂含量的作物种子被曲霉属真菌感染后容易产生黄曲霉毒素,但是,脂肪酸的处理实验结果表明不同类型的脂肪酸对曲霉属真菌毒素合成的作用不同,有的促进合成,有的抑制合成。最近研究结果显示所有脂肪酸都促进黄曲霉毒素合成,但是多不饱和脂肪酸在暴露空气之后对毒素合成有抑制作用。这种抑制产毒的作用似乎是由多不饱和脂肪酸氧化所产生的脂氧合物所介导。本文结合我们的研究结果,综合评述了脂肪酸和脂氧合物调控曲霉属真菌菌丝生长、产孢和毒素合成研究的最新进展。     

黄曲霉分生孢子色素合成基因pks1的鉴定及其对生长发育和侵染性的影响

【目的】分生孢子色素是真菌细胞壁的重要成分,对真菌的生长发育极为重要,并有助于真菌抵御各种环境胁迫。本研究鉴定了黄曲霉分生孢子色素合成基因,并研究了分生孢子色素对黄曲霉生长发育及其对抗紫外照射和侵染能力的影响。【方法】通过已知真菌孢子色素合成基因蛋白序列同源比对确定了黄曲霉分生孢子色素合成基因及其所在的基因簇,利用同源重组策略对目标基因进行敲除,获得了该色素合成基因缺失的突变菌株,并研究该基因敲除后对表型、产孢、菌核形成、黄曲霉毒素产生、抗紫外照射和侵染性等影响。【结果】与野生型菌株相比,黄曲霉pks1基因缺失菌株的分生孢子颜色变为白色,生长速度、孢子产量、菌核形成和黄曲霉毒素B_1的产生均没有显著性变化,但该基因的缺失导致孢子对紫外线照射的抵御能力明显减弱,降低了黄曲霉对玉米和花生种子的侵染能力。【结论】pks1(AFLA_006170)基因是黄曲霉分生孢子色素合成的关键基因,影响黄曲霉分生孢子对紫外线照射等不利环境因子的抵抗能力和对粮食种子的侵染能力。     

黄曲霉毒素生物合成代谢相关的基因组信息挖掘和转录调控因子研究进展

黄曲霉毒素生物合成调控机制的研究已成为研究真核生物次级代谢过程的模式系统,真菌基因组学及其他组学技术的快速发展为我们挖掘基因组信息、获取基因表达谱继而为黄曲霉毒素生物合成调控网络及其他真菌次级代谢机制的研究提供基础。真菌次级代谢基因的表达需要不同类型的转录因子进行调控,包括通路特异性转录因子、全局性转录因子及应答各种环境信号的广泛转录因子等,对这些转录因子功能的研究加快了对黄曲霉毒素生物合成代谢调控机制的认识。     

黄曲霉菌主要真菌毒素次级代谢与调控的研究进展

黄曲霉菌(Aspergillus flavus)是一种腐生型好氧真菌,其次级代谢产生的黄曲霉毒素(Aflatoxin,AFT)是一种强致癌性剧毒物质。黄曲霉菌侵染农作物导致相关农产品黄曲霉毒素的污染,危及食品安全及人和动物的健康。黄曲霉菌有8条染色体,基因组大小约37 Mb,含有13 000多个功能基因,55个次级代谢基因簇,其中只明确了AFT、环匹阿尼酸(Cyclopiazonic acid,CPA)和黄曲霉震颤素(Aflatrem)3个次级代谢基因簇的特征。次级代谢基因簇的表达受不同环境条件、次级代谢调控因子、酶活性、复杂的脂氧合物转导信号及群体密度效应的调控。LaeA和VeA是抑制AFT、CPA和黄曲霉震颤素等真菌毒素生物合成的次级代谢调控因子,抑制加氧酶类(Ppo和Lox)的表达则能促进真菌毒素的合成,而其氧化产物(脂氧合物)则是真菌-寄主互作的重要信号分子。群体密度和水解酶类也影响黄曲霉菌的次级代谢,群体密度高能降低黄曲霉毒素的生成量而增加分生孢子的形成;α-淀粉酶、果胶酶、蛋白酶等酶活性的改变可以影响黄曲霉菌分生孢子萌发、菌丝生长,以及真菌毒素的次级代谢。本文系统评述了黄曲霉主要真菌毒素的次级代谢与调控的研究进展。此外,对黄曲霉次级代谢物的研究也做了进一步的评述和讨论。     

传统发酵豆瓣中产毒黄曲霉高效拮抗菌的筛选

从自然发酵的豆瓣中筛选出对产毒黄曲霉菌的生长及其毒素合成均有抑制作用的细菌, 在蚕豆天然培养基(BAM)上利用菌落对峙实验初筛和滤纸片复筛得到1株有较高抑制产毒黄曲霉活性的菌株L4。对L4进行形态学、生理生化特征及16S rRNA序列同源性分析, 鉴定此菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。在抑制黄曲霉生长和黄曲霉毒素B1 (AFB1)合成的研究中表明, 在L4与黄曲霉菌共同培养15 d后, 黄曲霉菌丝产量和黄曲霉毒素B1 产量均比黄曲霉单独培养时显著降低(P < 0.01), AFB1合成受到明显抑制, 抑制率达93.7%。当黄曲霉孢子液与L4发酵上清液1: 1 (V/V)混合后接种在玉米粒上时, 黄曲霉在玉米上的生长和孢子萌发均得到完全抑制。     

黄曲霉菌aflR基因启动子序列变异与黄曲霉毒素产生相关联

为探讨黄曲霉菌aflR基因启动子序列变异与黄曲霉毒素产生的关系,收集黄曲霉菌、米曲霉菌和寄生曲霉菌若干株。在有利于黄曲霉毒素产生的条件下培养后,提取各菌株的总RNA,RT-PCR法检测aflR基因的mRNA表达水平;并应用ELISA法检测各菌株产生黄曲霉毒素B1的情况。提取各菌株的基因组DNA,PCR扩增aflR基因启动子序列并测序。应用基因分析软件将不产毒素的黄曲霉菌与产毒黄曲霉菌的aflR基因启动子序列进行比较,找出不产毒菌株aflR基因启动子序列的变异位点。ELISA法和RT-PCR法结果表明,产毒的黄曲霉菌菌株均有明显的aflR基因转录,而在2株不产毒的黄曲霉菌菌株中,一株aflR基因无转录,另一株仅有较低水平的转录。序列比较结果表明,不产毒黄曲霉菌菌株的aflR基因启动子序列存在如下共同变异位点:-90、-236、-253、-262、-282位。米曲霉菌产生黄曲霉毒素B1和aflR基因转录的检测均为阴性,并且其aflR基因启动子序列中存在与上述不产毒黄曲霉菌菌株相同的变异位点。寄生曲霉菌产生黄曲霉毒素B1和aflR基因转录的检测均呈阳性,并且其aflR基因启动子序列的上述5个位点与产毒黄曲霉菌完全一致。在不产毒素的黄曲霉菌aflR基因启动子序列中发现了5个共同变异位点,实验结果提示这些变异位点可能与黄曲霉毒素的产生有关。     

利用拮抗物生物防治黄曲霉毒素

黄曲霉是引起粮食霉变的主要真菌之一,粮食和饲料在储藏过程中易受其污染[1]。黄曲霉最大的危害是其产生的次级代谢物黄曲霉毒素(Aflatoxins),黄曲霉毒素不仅能引起人类及各种动物的急慢性中毒,而且具有致癌、致畸、致突变作用。因此,如何有效地防止黄曲霉毒素污染花生等农产品已成为一个亟待解决的