木质素生物合成及其基因工程研究进展

木质素是维管植物的一种主要组成成分,是植物适应陆地环境的重要特征之一.然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业与畜牧业生产中的应用,因此其生物合成调控的研究引起人们极大关注.随着各种分析技术和手段的提高,该领域研究取得了突破性的进展.该文重点阐述这些新进展,同时较系统地介绍利用基因工程技术调控木质素生物合成的研究成果,并提出一些关于更有效地利用生物技术手段改良造纸资源植物品质的建议.     

代谢工程改造大肠杆菌一碳模块高效合成L-甲硫氨酸

L-甲硫氨酸又名L-蛋氨酸,是人体必需8种氨基酸之一,在饲料、医药、食品领域具有重要应用。以实验室前期构建的M2(Escherichia coli W3110?IJAHFEBC/PAM)为出发菌株,以模块化代谢工程策略构建了一株L-甲硫氨酸高产菌株。首先通过过表达亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MetF)和筛选不同来源的丝氨酸羟甲基转移酶(hydroxymethyltransferase,GlyA),增强了一碳模块甲基供体的生成,优化了一碳模块。随后针对一碳模块的前体供应,过表达了胱醚裂解酶(cysteamine lyase,MalY)和半胱氨酸内运基因(fliY),有效地提高了L-高半胱氨酸和L-半胱氨酸的供应。最终摇瓶发酵L-甲硫氨酸的产量由2.8 g/L提高至4.05 g/L,5 L发酵罐中达到18.26 g/L。研究结果表明,一碳模块对L-甲硫氨酸的生物合成具有十分重要的影响,在细胞内通过优化一碳模块,可以实现L-甲硫氨酸的高效生物合成。本研究为进一步提高微生物发酵生产L-甲硫氨酸的水平奠定了基础。     

杀粉蝶菌素A1生物合成基因簇中甲基转移酶PieB2的功能

【目的】研究杀粉蝶菌素A1产生菌中甲基转移酶基因pieB2的功能。【方法】利用接合转移和同源重组双交换的方法,构建pieB2基因缺失突变株,以及利用接合转移的方法,构建回补菌株。通过高保真PCR克隆pieB2基因到表达载体pET28a上,构建质粒pJTU5997,转化入大肠杆菌E.coliBL21(DE3)/pLysE中诱导表达。利用高效液相色谱检测PieB2的体外酶活。【结果】获得了pieB2基因缺失的双交换突变株。发酵结果显示,该突变株不再产生杀粉蝶菌素A1,而是积累了一种脱甲基产物。N-末端融合组氨酸标签的PieB2在大肠杆菌中获得可溶性表达,通过体外催化证明了PieB2甲基转移酶的功能。【结论】体内遗传实验和体外生化实验证明了PieB2作为甲基转移酶在杀粉蝶菌素A1合成中的作用。     

海南东寨港真红树植物内生放线菌多样性及其抗菌活性

【目的】勘探海南东寨港真红树植物内生放线菌多样性,为发现放线菌新物种和新抗生素奠定基础。【方法】样品经表面消毒后粉碎,用10种不同培养基分离放线菌;通过PCR扩增、测定并比对16S r RNA基因序列,开展放线菌多样性分析;通过发酵、萃取等处理方法得到四类样品,包括发酵原液、乙酸乙酯提取液及水层和菌体的丙酮浸泡提取液;采用纸片扩散法对样品进行抗菌活性筛选;基于PCR的基因筛选技术探测活性菌株可能存在的NRPS、PKS I、PKS II抗生素生物合成基因。【结果】经形态特征排重,从14种真红树植物样品中共得到放线菌146株,16S r RNA基因序列比对表明它们分布于13个科18个属,其中链霉菌属为优势菌属,菌株S3Cf-2和S3Af-1的16S r RNA基因序列分别与有效发表菌株Couchioplanes caeruleus DSM44103T(X93202)和Microlunatus terrae BS6T(JF806519)的相似率最高,分别为97.45%和97.43%,可能为新物种。对其中46株放线菌发酵样品的抗菌活性检测表明,40株具有抗菌活性,总阳性率为86.96%;活性菌株中,38株菌存在至少一种所探测的生物合成基因簇,阳性率为95%,其中14株同时具有所探测的3种抗生素生物合成基因簇。【结论】海南东寨港真红树植物中存在多样性丰富的药用放线菌资源,具有从中发现放线菌新物种及新抗生素的潜力。     

异亮氨酸产生菌推理选育思想

分析黄色短杆菌生物合成异亮氨酸的调节控制过程,结果表明,选育异亮氨酸产生菌,首先应考虑活化PC、AK、HD、TD、AHAS这五个关键酶,并减弱由PK、CS、AD、PS、HT引起的五条分支代谢强度,来强化生物合成异亮酸氨的主代谢流。根据这一思想,以Brevibacterium flavum AS111为出发菌株,利用IABS模型有目的地活化PC、HD和AHAS等酶,筛得23-10变株,产酸率可达20mg/ml以上,25代后产酸能力毫不下降。     

苯丙烯酰5-羟色胺衍生物的分布、提取及其生物活性的研究进展

本文评述了苯丙烯酰5-羟色胺化合物的基本结构和理化性质、在植物中的分布与生物合成、提取、检测方法和生物活性作用,指出了其在功能食品开发和新药创制方面的应用前景.     

植物果实中维生素C合成代谢及其基因表达研究

维生素C(Vitamin C),又名抗坏血酸（Ascorbate acid,AsA）,是生物体中具有多效功能的必需化合物。整理了植物果实中维生素C的生理功能以及其中参与维生素C合成的L-半乳糖途径、D-半乳糖醛酸途径、L-古洛糖途径、肌醇途径和维生素C循环途径,并分析了相关基因的功能和表达。对参与维生素C合成与循环的16个基因：PMI、PMM、GMP、GME、GGP、GPP、GalDH、GLDH、GalUR、MIOX、GuLDH、MDHAR、DHAR、AO、APX、GR,及其在维生素C代谢途径中的作用进行了综述。植物果实中维生素C合成代谢途径多样,关键基因的表达会在不同程度上影响其合成代谢,了解植物果实中维生素C合成代谢及相关基因的功能和表达,可为生产富含维生素C的转基因水果和蔬菜奠定基础。     

基于定量PCR技术探讨紫杉醇生物合成的限速步骤

次生代谢产物牛物合成受到发育和诱导的调控,本实验研究了组织分化和诱导处理对紫杉醇生物合成的影响,并采用定量PCR技术分析了紫杉醇生物合成不同阶段关键酶基因的动态表达特征。结果表明。紫杉醇主要分布在中国红豆杉（Taxus chinensis）树皮和根皮组织中,针叶内含量很少,催化紫杉醇功能官能团连接的关键酶摹因也主要定位在树皮和根皮组织巾;茉莉酸甲酯（MJ）和真菌诱导子F5分别提高了中国红豆杉悬浮培养细胞HG-1紫杉醇得率8倍和10倍,同时有效诱导紫杉醇生物合成基因的表达。发现催化紫杉醇侧链连接的基因与紫杉醇生物合成早正相关。结果表明。紫杉醇生物合成的限速步骤是催化功能官能团连接的步骤。     

炭样小单孢菌中抗生素生物合成相关蛋白的筛选

目的：筛选一株具有广谱抗菌活性的炭样小单孢菌JXNU-1中核苷类抗生素生物合成相关蛋白。方法：通过iTRAQ定量蛋白质组学技术对JXNU-1菌体生长期（36h）和产物合成期（108h）的差异蛋白进行鉴定和功能分析。结果：基于iTRAQ定量蛋白质组学技术共鉴定出炭样小单孢菌总蛋白质2390个,差异表达蛋白172个,在产物合成期（108h）表达上调76个、表达下调96个。通过蛋白GO和COG注释等功能分析,筛选出12个与抗生素合成密切相关蛋白和5个生物合成基因簇。结论：利用iTRAQ技术筛选出炭样小单孢菌JXNU-1的抗生素合成相关蛋白,为阐明该抗生素的生物合成机制奠定实验依据。