真菌次生代谢产物挖掘策略研究进展

真菌是最具生物多样性的类群之一,也是一系列小分子活性化合物的重要来源.近年来,发现新结构、新活性的次生代谢产物超过50%来源于真菌.因此深度挖掘真菌中天然活性化合物,既是研究热点,也将为药物研发提供必要的基础,并具有重要的科学意义.基于基因组测序技术及信息生物学的发展,结合传统方法,深入了解近几年挖掘真菌次生代谢产物的策略,了解相关真菌次生代谢的生物合成及调控机制,可以为新活性、新骨架化合物的发现以及隐性次级代谢物的激活提供理论基础.最终可以精准研究或多种策略结合,对目标菌株开展深入系统地研究.     

真菌天然产物异源生产研究进展

真菌天然产物是天然药物的重要来源之一,大规模真菌基因组序列测序的完成表明真菌具有产生丰富的次级代谢产物的潜能。然而,许多真菌或生长缓慢,或不适宜在实验室条件下培养,或难以进行遗传操作,或化合物产量极低等,这些因素导致大量有价值的真菌天然产物无法获得。利用异源表达系统对真菌天然产物进行生产是发现新天然产物及解析其生物合成途径的有效手段,并为定向的以合成生物学的手段去合成重要活性分子奠定基础。本文对目前用于真菌天然产物生产的各种异源表达系统进行了综述,并结合最新的DNA组装技术展望了异源表达系统在真菌天然产物研究中的应用价值和前景。     

基于紫芝基因组的倍半萜合酶基因的发掘与功能鉴定

灵芝(Ganoderma lucidum)是目前研究最深入的药用真菌之一,也是作为研究天然产物生物合成的理想模式真菌.本研究通过对担子菌亚门灵芝属紫芝(Ganoderma sinense)基因组的数据挖掘发现两个倍半萜合酶基因.利用RT-PCR方法从紫芝菌丝体总RNA中扩增出两者的全长cDNA序列,将两个倍半萜合酶的编码序列克隆到表达载体中在大肠杆菌中进行异源表达,变性蛋白电泳显示两者都可以可溶性的形式在大肠杆菌中表达.顶空固相微萃取-气相色谱质谱法分析显示,重组紫芝萜类合酶具有明显的催化活性,可合成多个倍半萜类产物.本研究为进一步揭示真菌倍半萜合酶的结构与功能的相关性及其产物多样性形成机制奠定了基础.     

灵芝β-葡萄糖苷酶基因的克隆与功能分析

灵芝是我国著名的药用真菌,具有抗癌、抗肿瘤等功效。灵芝酸属于三萜类化合物,是灵芝的主要活性成分,并已成为评价灵芝品质的重要指标之一。β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BG)是次生代谢产物合成途径中的关键限速酶,能够调节次生代谢产物的生物合成。本研究通过同源序列比对,注释获得了灵芝β-葡萄糖苷酶基因(GlBG),并通过RNAi技术对灵芝β-葡萄糖苷酶进行功能分析。序列分析结果显示GlBG基因的DNA全长为2 759 bp,包含7个外显子和6个内含子,编码793个氨基酸,其编码的蛋白序列中含有β-糖苷水解酶的2个保守结构域。灵芝β-葡萄糖苷酶基因的沉默转化子中灵芝酸含量比野生型菌株的灵芝酸含量平均降低了38%,并且灵芝酸生物合成途径中的关键酶基因(hmgs、hmgr、fps、sqs和osc)的表达量也显著下降,实验结果表明灵芝β-葡萄糖苷酶在灵芝酸生物合成过程中具有重要作用,并为灵芝次生代谢途径及其调控机制提供了参考。     

基于合成生物学的微生物制造研究进展

基于合成生物学的微生物制造在天然产物药物、生物能源、生物基化学品及生物传感器件的研究中发挥越来越重要的作用。本文系统地介绍了合成生物学研究领域的最新技术进展,包括DNA和染色体合成、新生物元件开发与元件库标准化、染色体工程与最小基因组技术、途径装配技术等,并阐述了合成生物学在微生物制造领域内所取得的突破和巨大的应用价值。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展

本文从生物活性成分的筛选与分离、植物次生代谢产物生物合成及其分子调控、环境因子对植物次生代谢产物合成和积累的影响、植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系等方面介绍了我国资源植物化学与天然产物化学领域基础研究的现状与发展。     

新中国成立70年来我国植物代谢领域的重要进展

代谢物在维持植物正常生长发育和抵御各种逆境胁迫中都发挥着重要作用.新中国成立70年来,我国科学家在基础代谢、青蒿素等植物活性天然产物的挖掘、植物代谢途径的解析及其生物学功能、植物活性成分的代谢工程及生物合成、代谢网络及其功能等植物代谢领域取得了一系列创新性研究成果,促进了我国植物代谢领域的迅速发展,提升了我国植物代谢研究的国际影响力,为取得更多突破性的研究成果奠定了基础.     

后基因组时代的真菌天然产物发现

真菌产生的次级代谢产物是新药发现的重要来源之一,然而近年来传统的真菌天然产物发现方法在大量真菌基因组测序完成的时代遇到了很大的挑战。如何利用这些基因组数据来发现真菌中新的天然产物已成为后基因组时代天然产物发现的研究重点和热点。本综述先后介绍了真菌天然产物的类型及其相应基因簇和骨架酶的特征,基于基因组挖掘技术发展而来的天然产物发现新策略,以及利用合成生物学理念和技术在真菌天然产物发现中的应用现状,最后展望了后基因组时代中的天然产物发现研究前沿及基因组数据在后基因组时代对真菌天然产物发现的应用前景。     

天然产物生物合成与抗肿瘤药物合成生物学研究

结构复杂多样的天然产物是现代药物的重要组成部分和新药发现的重要源泉.天然产物的生物合成研究,是从基因和蛋白水平阐明天然产物的合成途径,通过酶催化的化学反应将基因与化合物的结构单元建立一种对应关系,从而理解自然界神奇的化学合成、生物拮抗及生理调控过程.天然产物的合成生物学研究核心是通过在发酵友好、高效的微生物中设计、构建目标化合物的生物合成途径,经系统地调控和优化重组微生物,从而发酵生产来源稀缺的天然产物类药物、前体或新化合物.本文结合相关领域的进展,对本研究组近年来关于抗肿瘤天然产物生物合成及抗癌药物合成生物学的工作进行系统的介绍.     

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。     

青霉属真菌次级代谢产物的结构类型及其药用活性的研究进展

青霉属(Penicillium)真菌属于腐生类真菌,是自然界中一类重要的分解者。其可以产生多种多样的次级代谢产物。这些结构新颖、功能特殊的次级代谢产物在抗菌、抗氧化、抗肿瘤等药物开发中发挥重要作用,主要由聚酮类、生物碱、萜类、大环内酯等化学结构类型组成。本文综述了青霉属真菌次级代谢产物的结构类型以及丰富的生物药用活性,该内容可为后续青霉属真菌新型天然药物的开发提供研究思路。     

合成生物学与天然产物开发

天然产物依然是临床用药的重要来源。合成生物学的诞生为天然产物的开发提供了全新的机遇,传统的微生物药物、植物天然产物等研究领域都因合成生物学而获得新生。重点介绍了合成生物学在天然产物开发中的应用,包括新化合物及其生物合成元件的筛选,基于理性设计的天然产物异源生物合成,人工底盘细胞的系统优化等。     

植物次生代谢基因簇研究进展

类似于原核生物的操纵子,在真核生物（如酵母、真菌、昆虫等）基因组中也出现了彼此功能相关的非同源基因成簇存在的现象。这些基因形成基因簇,可参与多种次生代谢途径。近年来,植物中也发现了越来越多的参与次生代谢产物合成的基因簇,它们已成为植物生物学研究的热点。本文总结并分析了植物中已鉴定的次生代谢基因簇。这些基因簇存在于玉米（Zea mays L.）、水稻（Oryza sativa L.）、拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.）、番茄（Solanum lycopersicum L.）等植物的基因组中,分别参与合成苯并噁唑嗪酮类、萜类和生物碱类等次生代谢产物。本文通过解析这些基因簇的组成及结构特点,对其特征进行总结,探讨了基因簇形成的分子机理及其调控机制,对植物次生代谢基因簇在合成生物学及代谢工程学中的研究方向和应用前景进行了展望。     

天然药物研究中的合成生物学

天然产物一直是药物分子设计和开发过程中的重要灵感来源之一,源自天然产物的临床用药目前也占据着难以替代的地位.但是大多数天然来源的药物分子结构复杂、分离困难,利用传统的合成化学和天然产物化学方法难以满足日益增长的市场需求.天然产物在其产生物种中一定对应着一个由若干功能各异的基因元件所构成的生物合成基因群,或成簇分布或离散分布.合成生物学则旨在通过对不同基因元件的改造、组合、拼装而得到新的生物途径和体系.本文主要将针对合成生物学在天然药物研究中的应用进行总结和展望,并从基因元件以及合成生物学的角度重新认识和理解天然产物的生物合成.     

紫杉醇生物合成酶的研究进展

抗癌药紫杉醇是具有萜类环状结构的天然次生代谢产物.研究紫杉醇生物合成酶,特别是其合成关键酶,将为利用基因工程手段大量生产紫杉醇打下基础.对紫杉醇生物合成过程中参与酶的研究进展作一综述.     

RNA-Seq高通量测序技术在果树功能基因组学研究的应用进展

RNA-Seq又称为"转录组测序技术",它能够从整体水平研究物种基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程。应用该项技术能有效地解决因果树基因组庞大等问题,有效地揭示和阐明植物体内次生代谢生物合成途径及代谢机制。主要论述了RNA-Seq技术的应用方法与流程,通过对测序数据的处理分析与比对等方法,分析了RNA-Seq技术在果树新基因挖掘、次生代谢产物合成途径的应用进展,基于RNA-Seq的高通量测序技术对于发现和揭示具有重要生物学功能和经济价值的次生代谢产物合成关键基因及其调控机制提供了可能。     

植物中甾醇糖基转移酶的研究进展

甾醇(sterol)是植物细胞膜结构和天然植物激素的重要组成成分。甾醇糖基转移酶(sterol glycosyltransferases,SGTs)作为糖基转移酶一号家族(GT family 1)较为保守的一支,是一类参与甾醇下游修饰的酶,具有调控植物初期生长发育、信号转导、次生代谢产物合成以及响应生物、非生物胁迫等生物学功能。本文主要综述了SGTs在植物生长调控、生物合成、早期发育研究的进展,最后讨论了甾醇糖基转移酶在工业生产药用活性分子方面的前景和主要限制,旨在为更深入开展甾醇糖基转移酶的研究和应用提供参考。     

药用真菌高质量总DNA的制备及基因组文库的构建

灵芝、姬松茸、灰树花等药用真菌对肿瘤、肝炎、心血管疾病等具有良好的疗效,已引起国际医学界的瞩目。现对药用真菌的研究逐渐深入到分子水平,而提取基因组DNA是进行药用真菌分子生物学研究的基本技术之一。目前适用于灵芝等担子菌纲大型药用真菌DNA提取的方法报道较少。按照曲霉等丝状真菌DNA的提取方法提取灵芝、姬松茸、灰树花的基因组DNA时,不但未能有效除去DNA的多糖,而且所得DNA片段小,构建文库时的转化率低。为此我们建立了一种快速提取高质量基因组总DNA的技术,并在此基础上探索出一种构建高质量基因组文库的方法,…