丝状真菌新型全局性调控因子LaeA

全局调控在丝状真菌次级代谢调控及其生长发育过程中有着重要的作用。LaeA是2004年首次在构巢曲霉中被发现的第一个丝状真菌全局性调控因子,继而在烟曲霉、黄曲霉、产黄青霉、橘青霉中相继被报道。LaeA能够全局性调控抗生素和真菌毒素等次级代谢产物的合成,影响真菌形态分化,另外还通过影响沉默基因的表达从而调控未知代谢产物的产生,因而能为真菌中天然产物的开发提供新的重要途径。本文就其在丝状真菌中的发现、功能、作用机制及其应用等方面进行综述。     

LaeA在丝状真菌次级代谢、生长发育和其他重要生物过程中的作用

LaeA是在构巢曲霉中首次鉴定的一种全局调控因子,其同源蛋白在丝状真菌中广泛存在,具有高度的保守性。LaeA及其同源蛋白序列存在S-腺苷甲硫氨酸结合基序,是一种甲基转移酶,可能影响组蛋白修饰,导致染色体结构的改变,进而调控一系列基因的表达。大量研究表明,LaeA及其同源蛋白参与调控丝状真菌多种次级代谢产物的生物合成,影响丝状真菌的生长发育和形态分化,甚至在丝状真菌生产有机酸和一些工业酶的过程中也发挥着重要作用。本文综述了LaeA及其同源蛋白的作用机制,以及该蛋白在丝状真菌次级代谢、生长发育和其他重要生物过程中的作用,并对存在的问题及应用前景进行讨论与展望。     

丝状真菌中的Velvet家族蛋白

丝状真菌是重要的微生物资源,能够产生大量的小分子活性化合物,如β-内酰胺类抗生素、夫西地酸、环孢霉素和他汀类药物等。这些小分子次级代谢产物的生物合成受全局性调控因子的调控,除丝状真菌中已发现的Lae A外,还存在一类具有Velvet结构域的特殊调控因子,它们在丝状真菌的生长发育和次级代谢调控中发挥着重要的作用。本文综述了丝状真菌Velvet家族蛋白(Ve A、Vel B、Vos A和Vel C)的结构特征及其对有性生殖、无性生殖和次级代谢产物合成等方面的调控作用,并探讨了可能的分子调控机制通路,为揭示次级代谢调控网络和激活沉默基因产生新型结构的化合物提供一定的参考价值。     

丝状真菌全局性调控因子LaeA的研究进展

全局调控因子在丝状真菌次级代谢调控及其生长发育过程中有着重要作用。LaeA是2004年首次被发现的丝状真菌全局性调控因子。本综述介绍了LaeA在丝状真菌发育、次级代谢中的功能及其作用机制,总结了丝状真菌中已发现的laeA的同源基因,并对存在的问题及应用前景进行讨论与展望。     

非定向激活沉默基因簇挖掘链霉菌活性次级代谢产物研究进展

链霉菌(Streptomyces spp.)是活性次级代谢产物的主要生产菌,在发现结构新颖化合物上具有重大潜力。随着对链霉菌基因组数据的深入分析,发现大量产次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态,因此利用非定向和定向策略激活链霉菌中沉默基因簇、挖掘结构新颖化合物成为当前的主要手段。本文主要综述了培养基组成改变或培养条件优化、共培养、添加化学激发子及全局性调控等非定向策略在挖掘链霉菌次级代谢产物中的应用以及取得的进展,以期为链霉菌次级代谢产物高效开发提供参考。     

丝状真菌次级代谢产物生物合成的表观遗传调控

丝状真菌产生的次级代谢产物是新药的重要来源之一,其生物合成过程受到众多因素的调控。最近的研究表明,表观遗传对多种丝状真菌次级代谢产物的生物合成具有调控作用。DNA和组蛋白的甲基化与乙酰化修饰是目前所知的丝状真菌主要的表观遗传调控形式。通过过表达或缺失相关表观修饰基因和利用小分子表观遗传试剂改变丝状真菌染色体的修饰形式,不仅可以提高多种已知次级代谢产物产量,而且可以通过激活沉默的生物合成基因簇诱导丝状真菌产生新的未知代谢产物。丝状真菌表观遗传学正逐渐成为真菌菌株改良的新策略以及挖掘真菌次级代谢产物合成潜力的强有力手段。     

基于微生物共培养的隐性基因簇激活策略

微生物次级代谢产物是药物先导化合物的重要源泉之一。随着测序技术的迅猛发展,越来越多的微生物基因组得以测序完成。伴随着测序技术的进步,生物信息学也得到了快速发展。基因组序列分析发现,链霉菌和丝状真菌等微生物中存在大量的已知的或未知的次级代谢物生物合成基因簇(secondary metabolite-biosynthetic gene clusters,SM-BGCs)。然而,在实验室培养条件下大部分基因簇无法表达或表达量很低,导致难以发现这些基因簇所对应的代谢产物,人们将这类基因簇称为“隐性基因簇”或“沉默基因簇”。通过调节基因簇中特异调控基因或基因簇外全局性调控基因的表达,对代谢途径的定向改造,以及将基因簇导入异源宿主等策略,能够激活部分隐性基因簇的表达。通过激活隐性基因簇的表达,能够发现通过常规实验室培养无法获得的具有独特生物活性的新结构代谢产物,成为创新药物的重要来源之一。然而,这些基因簇激活策略都严重依赖于对特定菌株或宿主的遗传操作。近年来,通过模拟自然混合培养中微生物间相互作用,开发了通过混合特定微生物菌株在厌氧或好氧条件下激活隐性基因簇的方法,称之为共培养激活策略。这种策略不...     

地衣型真菌石果衣(疣孢菌科，子囊菌门)次级代谢产物的多样性

地衣能够产生大量的新型次级代谢产物,但以往对石果衣Endocarpon pusillum的研究中未能检测出任何次级代谢产物。然而,对其共生菌进行基因组测序发现其中含有14个沉默的PKS基因和2个沉默的NRPS基因。在此研究中,为激活其途径,使用了优化马铃薯培养基和大米培养基对石果衣共生真菌进行了培养。从优化马铃薯培养物中分离得到9个次级代谢产物,包括2个新的异吲哚-1-酮类化合物(1, 2)。而从大米培养物中分离到3个已知化合物和1个新的萘醌类化合物(9)。通过核磁共振和质谱数据确定了新化合物的结构。研究结果表明,大量地衣中未能检测出任何次级代谢产物,或仅能检测出少量次级代谢产物,可能与其基因组中的沉默基因有关。因此,通过对沉默基因的激活方法为地衣次级代谢产物资源的研究与开发开辟了有效途径。     

丝状真菌次级代谢产物的研究现状与发展趋势

近年来,丝状真菌次级代谢产物的研究在国内外受到了极高的重视,同时也取得了较大的进展。本文对丝状真菌次级代谢产物的生物合成和调控机制以及隐性次级代谢产物生物合成基因簇的激活等方面进行了简述,同时对组合生物学给真菌次级代谢产物研究带来的机遇和挑战进行了讨论。     

曲霉无性发育及其与次级代谢相关性研究进展

曲霉(Aspergillus)是应用于工业生产的一类重要微生物,它与人类生活及医药卫生等方面密切相关。分生孢子的形成是曲霉无性繁殖的主要方式,它是个复杂的过程,需要多个基因参与调控,且分生孢子的形成与次级代谢产物的生物合成有密切的关系。本文综述了曲霉分生孢子形成的调控模式,简述了曲霉中连接无性发育和曲霉毒素生物合成的G-蛋白信号通路,及既参与发育调控又参与曲霉次级代谢调控的Velvet蛋白家族,可为其他丝状真菌的研究提供理论指导,对工业生产也有很重要的意义。     

Heterochromatic marks are associated with the repression of secondary metabolism clusters in Aspergillus nidulans

Fungal secondary metabolites are important bioactive compounds but the conditions leading to expression of most of the putative secondary metabolism (SM) genes predicted by fungal genomics are unknown. Here we describe a novel mechanism involved in SM‐gene regulation based on the finding that, in Aspergillus nidulans, mutants lacking components involved in heterochromatin formation show de‐repression of genes involved in biosynthesis of sterigmatocystin (ST), penicillin and terrequinone A. During the active growth phase, the silent ST gene cluster is marked by histone H3 lysine 9 trimethylation and contains high levels of the heterochromatin protein‐1 (HepA). Upon growth arrest and activation of SM, HepA and trimethylated H3K9 levels decrease concomitantly with increasing levels of acetylated histone H3. SM‐specific chromatin modifications are restricted to genes located inside the ST cluster, and constitutive heterochromatic marks persist at loci immediately outside the cluster. LaeA, a global activator of SM clusters in fungi, counteracts the establishment of heterochromatic marks. Thus, one level of regulation of the A. nidulans ST cluster employs epigenetic control by H3K9 methylation and HepA binding to establish a repressive chromatin structure and LaeA is involved in reversal of this heterochromatic signature inside the cluster, but not in that of flanking genes.     

Enzymatic evaluation of different Aspergillus strains by biotransformation of cyclic ketones

The potential of different Aspergillus strains in carrying out the biotransformation of cyclic ketones was investigated. All the strains employed showed alcohol dehydrogenase and Baeyer–Villiger monooxygenase activities. trans-2-Methylcyclohexanol and trans-4-methylcyclohexanol were prepared in a single isomeric form by the use of Aspergillus terreus SSP 1498 and the corresponding ketones. Baeyer–Villiger oxidation of cyclic ketones by all the fungi Aspergillus led to chiral lactones in good enantioselectivity.     

中国丝状真菌次级代谢分子调控研究进展

在目前已知的具有生物活性的微生物次级代谢物中约有50%是由丝状真菌产生的,其中包括人们所熟知的青霉素、环孢菌素A以及洛伐他汀等。鉴于丝状真菌次级代谢物在农业、医药和工业上的重要价值,它们的生物合成及其分子调控一直备受关注。丝状真菌次级代谢物的生物合成是一个复杂的过程,一般涉及多步酶学反应,该过程往往受到不同水平的调控。深入了解丝状真菌次级代谢的分子调控机制,可以为其产量的提高、新骨架化合物的发掘以及隐性次级代谢物的激活奠定重要的理论基础。本文以丝状真菌次级代谢分子调控为主线,重点介绍近40年来我国科研工作者在该领域取得的研究进展,并对这一领域未来的发展进行展望。     

Biotransformation of β-hydroxyphenyl selenides, diphenyldiselenide and benzeneseleninic acid by whole cells of Aspergillus terreus

Aspergillus terreus CCT 3320 and A. terreus URM 3571 catalysed the biotransformations of organic β-hydroxyphenyl selenides through oxidation and methylation reactions. The kinetic resolution of (RS)-1-(phenylseleno)-2-propanol (1) via enantioselective oxidation produced (+)-(S)-1 in high enantiomeric excess (>99%) and in a yield of 50% as determined by product isolation. Oxidation of the R-enantiomer of 1, followed by elimination of the propyl moiety and subsequent methylation of the presumed intermediate, led to the formation of methylphenyl-selenide, which was isolated in a yield of 40%. Whole cells of A. terreus also biocatalysed transformations of diphenyldiselenide, benzeneseleninic acid, (RS)-1-(phenylseleno)-2-pentanol and (RS)-1-(phenylseleno)-3-methyl-2-butanol, but not of (RS)-1-(phenylseleno)-2-phenyl-methanol. This is the first report of the biomethylation of organoselenium compounds by whole cells of A. terreus.     

Asymmetric synthesis of arylselenoalcohols by means of the reduction of organoseleno acetophenones by whole fungal cells

A series of novel organoseleno acetophenones (3a–f) have been synthesized. The microbial reduction of the seleno ketones (3) has been evaluated using whole cells of Rhizopus oryzae CCT 4964, Aspergillus terreus CCT 3320, A. terreus CCT 4083 and Emericella nidulans CCT 3119. These microorganisms showed Prelog and anti-Prelog stereoselectivity, leading to the arylselenoalcohols in moderate to high enantiomeric excesses. The organoselenium compounds were compatible with the biocatalytic conditions employed.     

Cryptic Aspergillus nidulans antimicrobials

Secondary metabolite (SM) production by fungi is hypothesized to provide some fitness attribute for the producing organisms. However, most SM clusters are "silent" when fungi are grown in traditional laboratory settings, and it is difficult to ascertain any function or activity of these SM cluster products. Recently, the creation of a chromatin remodeling mutant in Aspergillus nidulans induced activation of several cryptic SM gene clusters. Systematic testing of nine purified metabolites from this mutant identified an emodin derivate with efficacy against both human fungal pathogens (inhibiting both spore germination and hyphal growth) and several bacteria. The ability of catalase to diminish this antimicrobial activity implicates reactive oxygen species generation, specifically, the generation of hydrogen peroxide, as the mechanism of emodin hydroxyl activity.