绿针假单胞菌GP72中aurI/aurR系统调控功能

【背景】绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis) GP72是一株可生产吩嗪类抗生素吩嗪-1-羧酸(PCA)和2-羟基吩嗪(2-OH-PHZ)的生防根际促生菌。基因组比对发现GP72菌中存在aurI/aurR双元调控系统。【目的】研究该系统对GP72中吩嗪类物质的调控作用。【方法】将aurI基因在大肠杆菌中异源表达,用紫色杆菌CV026和根癌农杆菌NTL4做显色实验。构建基因敲除菌株和回补菌株,发酵测量突变株的生长曲线与总吩嗪产量。构建转录融合质粒,测定吩嗪合成基因启动子的转录水平。【结果】显色实验显示,aurI能产生多种信号分子,使CV026显紫色、NTL4显蓝色。分别单独敲除aurI和aurR基因,同时敲除aurI/aurR基因,吩嗪产量均会升高,而回补菌株吩嗪产量降为野生型水平。β-半乳糖苷酶活性测定结果显示,突变株的酶活比野生型高。【结论】aurI/aurR负调控GP72的吩嗪合成,通过抑制吩嗪合成启动子的转录而影响吩嗪类物质的产量。     

一株蟾毒灵转化菌株的筛选鉴定与转化条件优化

【背景】微生物转化是对天然产物进行结构修饰的重要手段,具有催化反应快、选择性强、反应条件易控制和污染小等特点。许多微生物能够对蟾毒配基类化合物进行生物转化,在不同位置进行结构修饰,并且产生毒性减弱的活性衍生物。【目的】筛选蟾毒灵生物转化菌株,以期发现活性更好、毒性降低的化合物。【方法】利用蟾毒灵为底物筛选其生物转化菌株,通过HPLC (High performance liquid chromatography)/LC-MS (Liquid chromatograph-mass spectrometer)鉴定转化产物;对可生物转化蟾毒灵的菌株进行菌落形态观察和分子生物学鉴定,并优化发酵条件提高转化率,同时测试该菌株对其他甾体化合物的转化作用。【结果】筛选获得一株蟾毒灵转化菌,经形态学与ITS (Internal transcribed spacer)分析鉴定为Naganishia属菌,转化产物为3-去氢蟾毒灵。该菌株生物转化的培养基最适底物浓度为8 mg/L,最适初始pH值为6.5,最佳接种量为3%,最佳转化时间为96 h,最终转化率为48.3%。该菌株可将雌酮E1转化为雌二醇E2,也可将雌二醇E2逆向转化为E1。【结论】首次发现Naganishia属菌株对甾体类化合物具有转化活性,其产生的弱细胞毒性的转化产物3-去氢蟾毒灵有望成为高效、安全的强心药物。微生物转化法选择性高、反应条件温和、操作简单,为大量制备活性化合物3-去氢蟾毒灵提供了一条简便易行的道路,也为更多甾体化合物结构修饰提供了可能。     

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。     

天然氨基酸诱导野油菜黄单胞菌降解DSF-家族群体感应信号活性分析

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv. campestris,Xcc)是十字花科植物黑腐病的致病菌。Xcc中DSF (Diffusible signal factor)信号依赖的群体感应系统和RpfB介导的群体感应退出机制均与其致病性密切相关。【目的】分别检测18种氨基酸对DSF-家族群体感应信号分子合成的影响,为研发新型生物防治方法提供思路。【方法】添加不同浓度的氨基酸到ΔrpfC菌株XYS培养体系中,接种后不同时间点取样提取DSF信号分子,利用高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)分析DSF和BDSF浓度。【结果】18种氨基酸中,甲硫氨酸、色氨酸和胱氨酸能有效降低ΔrpfC菌株培养体系中DSF和BDSF水平,抑制效果与氨基酸浓度密切相关;3种氨基酸对DSF信号分子的抑制作用存在叠加效应;甲硫氨酸、色氨酸或胱氨酸不影响ΔrpfCΔrpfB双突变体菌株中DSF和BDSF水平。【结论】首次发现了甲硫氨酸、色氨酸和胱氨酸通过RpfB诱导Xcc退出群体感应状态。     

反义RNA介导的大肠杆菌非必需基因rpsF的基因沉默

【目的】探讨反义RNA技术介导的大肠杆菌非必需基因rpsF基因沉默导致菌体生长受抑制的原因。【方法】将rpsF基因5'端41-230 bp的片段反向插入带有末端配对结构的反义表达载体pHN678,获得重组质粒,导入大肠杆菌宿主获得反义RNA菌株Escherichia.coli/pHNF,并用诱导剂IPTG诱导反义RNA表达,通过与对照菌E.coli/pHN678的液体生长状态差异判断菌体生长表型;采用Real time RT-PCR方法跟踪分析转录水平。【结果】构建了针对rpsF的反义RNA菌株,且其生长受抑制程度与IPTG浓度呈正相关。IPTG浓度为100μmol/L时,菌体生长未受抑制,但靶基因rpsF的mRNA量降低了36%,而rpsR是位于同一操纵子下游的必需基因,其转录水平却未受影响;IPTG浓度为200μmol/L时,菌体生长明显受抑制,经分析发现rpsR转录水平降低了12%。【结论】反义RNA菌株E.coli/pHNF生长受抑制的原因是由于此反义RNA引起了同一操纵子下另一必需基因rpsR的转录水平降低。     

Stx2噬菌体溶原对大肠杆菌运动性及其相关基因表达的影响

【目的】通过基因缺失和噬菌体溶原转换研究大肠杆菌运动相关基因flhDC、fliA、fliD和fliE对Stx2噬菌体ΦMin27溶原菌的影响。【方法】本实验利用Red重组酶系统,构建了大肠杆菌MG1655的缺失株MG1655△flhDC、MG1655△fliA、MG1655△fliD及MG1655△fliE,并将flhDC片段、fliA片段、fliD片段和fliE片段连接pUC18后分别转化相应的突变株,得到相应的互补菌株。通过Stx2噬菌体ΦMin27的感染获得各缺失株的溶原株MG1655△flhDCФMin27、MG1655△fliAФMin27、MG1655△fliDФMin27及MG1655△fliEФMin27。随后测定了野生株、缺失株、互补株和溶原株的运动能力,并通过荧光定量PCR分析了flhDC缺失前后野生株和溶原株其他运动相关基因表达量的变化。【结果】Stx2噬菌体ФMin27溶原感染可促进MG1655的fliA和fliD基因的表达,增强宿主菌MG1655的运动特性;MG1655在flhDC基因缺失的状态下,fliA和fliD基因的表达同步出现上调,但运动性未发生变化,而MG1655△flhDC溶原菌丧失了运动特性,基因转录水平检测发现MG1655△flhDCФMin27与MG1655△flhDC相比,fliA和fliD基因的表达同步出现显著下调,而对fliE基因的表达几乎没有影响。fliA、fliD和fliE单个基因的缺失对大肠杆菌MG1655和Stx2噬菌体ΦMin27溶原菌的运动性几乎没有影响。【结论】提示fliA和fliD基因共同参与了鞭毛运动的调控,flhDC基因可影响噬菌体溶原菌株的运动性,为进一步研究噬菌体溶原与宿主基因之间的相互调节作用提供理论依据。     

假单胞菌株M18 gacA基因的克隆、表达及蛋白纯化

GacA是GacS/A双元调控系统的一个组分, 克隆假单胞菌株M18中的gacA基因。测序结果同Pseudomonas sp. PAO1比较, 该基因2个碱基的改变未引起氨基酸的改变。将该基因克隆到表达质粒pET28b (+)中, 将重组质粒经热激转化至大肠杆菌BL21 (DE3)中, IPTG诱导表达。表达产物经金属螯合层析柱纯化, 蛋白纯度约为98%, 质谱鉴定证明纯化的蛋白为GacA蛋白。CD谱分析GacA包含了4% α-helix, 48% β-sheet 和48%无规则卷曲。GacA蛋白的获得为进一步研究其晶体结构、生物学性能以及GacS/A双元调控系统奠定了基础。     

微生物细胞工厂中多基因表达的控制策略

微生物代谢工程和合成生物学是当今微生物技术领域研究的热点,微生物的生长速度快、容易进行大规模培养;遗传背景清楚、遗传操作简便可靠等性质使其在与人类生活相关的多个领域中起到重要的作用。微生物细胞工厂是指人工设计的能够进行物质生产的微生物代谢体系。许多微生物细胞工厂的构建由于引入多个基因或整条代谢途径,而可能导致代谢失衡、部分代谢中间产物积累等问题,需要使用一定的调控策略加以控制。以下对涉及多个基因作用的微生物细胞工厂中所使用的调控策略,分为若干层次进行了总结和探讨,并对今后多基因控制策略的发展方向进行了预测与展望。     

产紫杉醇内生真菌EFY-21的鉴定与生物学特性研究

利用PCR技术克隆了产紫杉醇内生真菌EFY-21的18S rDNA序列,通过同源性分析,初步确定该菌与拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)有较高的同源性,相似性为99%。为了进一步了解EFY-21的有关生物学特性,分别选用PDA、PSA、查氏、玉米粉琼胶、牛肉膏蛋白胨5种培养基,按照常规方法培养,用十字法测量菌落直径;同时选用查氏培养基为基本培养基,分别观察不同碳源葡萄糖、甘露醇、麦芽糖、果糖、可溶性淀粉,不同氮源KNO3、Ca(N03)2、(NH4)2SO4、NH4N03、(NH4)2HPO4、蛋白胨、尿素,不同培养温度10,15,20,25,28,30,37℃,不同pH值4,5,6,7,8,9对内生真菌菌丝的影响。试验结果表明:EFY-21在PDA培养基上生长最快,生长状况最好;供试的碳氮源中,对EFY-21菌丝生长影响的大小顺序为葡萄糖甘露醇果糖麦芽糖可溶性淀粉;蛋白胨KNO3Ca(N03)2NH4N03(NH4)2HPO4(NH4)2SO4尿素;最适培养温度为25～30℃;最适pH为5～7。     

FIND:从下一代单端测序数据中快速查找Indel的方法

目的:针对下一代测序数据,尤其是单端测序数据,研究快速、准确查找Indel的方法。方法:先与全基因组参考序列进行快速比对,筛选出包含Indel的序列;再对这些序列进行双向的二次比对,确定Indel长度;最后借助长度信息在锁定范围内查找Indel的确切位置和相关信息。结果:本文成功构建FIND(Fast INDel detection system)系统,用于从单端测序数据中查找Indel信息。以模拟测序数据作为测试数据,在12X测试数据情况下,FIND的灵敏度和特异性分别为87.71%和99.66%,而且该性能还随着测序倍数的增加而提升。结论:充分利用比对过程获取的信息,在确定Indle长度的同时也确定出其大致位置,最终在局部范围内实现对单端测序数据中Indle的快速而准确的查找。