文库构建与基因簇靶向筛选驱动的微生物天然产物高效发现

微生物天然产物作为小分子药物的主要来源,已被广泛应用于医药与农业等领域。随着全球抗生素耐药性与其他公共健康问题的加剧,新结构、新靶点微生物天然产物发现迫在眉睫。大规模(宏)基因组测序揭示微生物蕴含了巨大的生物合成潜力,相继催生了多种不同类型的天然产物挖掘策略。然而,目前仍然缺乏将天然产物合成基因簇与编码产物快速关联的高效方案。近年来,(宏)基因组文库构建在获取批量天然产物合成基因簇方面展现出明显优势,结合高效的基因簇靶向筛选方法,显著加速了新结构天然产物系统发现。本文综述了三类基于(宏)基因组文库构建与靶向筛选驱动天然产物创新发现的策略,主要从克隆载体类型、文库构建方式、基因簇靶向筛选方法等角度进行了阐述,并对Cosmid/Fosmid文库、BAC/PAC文库、FAC/YAC文库等不同文库类型的优缺点及应用范围进行了对比,最后对这些策略的发展前景进行了展望。未来,基于文库构建与基因簇靶向筛选策略将极大驱动不同生境微生物来源的活性天然产物挖掘,预期大量新靶点、新结构天然产物将不断涌现。

泛癌分析HOXA基因簇表达及预后意义

目的探讨HOXA基因簇中各蛋白编码基因和非编码基因在泛癌中的表达及对肿瘤预后评估的作用。方法使用NCBI网站GeneBank数据库分析HOXA基因簇中蛋白编码基因和非编码基因的组成及相互位置关系。应用UCSC数据库phasCons评分分析HOXA基因簇序列的保守性。基于美国阿拉巴马大学伯明翰分校创立的癌症组学数据UALCAN分析网站,评估HOXA基因簇转录的11个HOXA编码基因和6个非编码基因在24种癌症中的表达模式,Kaplan-Meier分析在泛癌中HOXA基因簇中蛋白编码基因和非编码基因表达与肿瘤预后的相关性。结果人HOXA基因簇由11个蛋白编码基因和6个已被注释的非编码基因组成,分别位于染色体7p15.2的DNA负链和正链上。HOXA基因簇各蛋白编码基因进化十分保守,而非编码基因的保守性低于编码基因。24种癌症的差异分析结果显示HOXA基因簇转录的蛋白编码基因及非编码基因在肿瘤组织中的表达与正常对照组织有差异,表达模式具有组织器官特异性。生存分析提示HOXA基因簇中蛋白编码基因和非编码基因低表达有利于肾透明细胞癌、子宫内膜癌、肺腺癌、直肠腺癌、胃腺癌、肾嫌色细胞癌、头颈部鳞状细胞癌、甲状腺癌及肾乳头状细胞癌的预后。结论HOXA基因簇成员可能是泛癌诊断和预后的重要分子生物标志物。

miR-23a/27a/24基因簇g.65307469G>A突变对大白猪产仔数和启动子活性的影响

[目的]本文旨在研究大白猪miR-23a/27a/24基因簇启动子突变位点多态性与产仔数性状的关系及潜在机制,为母猪繁殖性状的分子育种提供新的潜在遗传标记。[方法]利用混池测序技术筛选猪miR-23a/27a/24基因簇启动子突变位点,直接测序法对大白猪群体(n=345)miR-23a/27a/24基因簇突变位点进行基因分型,计算遗传多样性;用线性模型对突变位点多态性与产仔数性状进行关联性分析;构建不同等位基因类型启动子载体,转染猪卵巢颗粒细胞,通过检测荧光素酶活性分析突变对启动子活性的影响;用生物信息学方法预测不同等位基因类型启动子潜在结合的差异转录因子,用荧光素酶活性分析差异转录因子对不同等位基因类型启动子活性的影响。[结果]在猪miR-23a/27a/24基因簇启动子-648 nt(Chr.2,65307469 nt)处发现1个新的G/A突变,命名为g.65307469G>A。在大白猪群体中发现3种基因型(GG、GA和AA),其中GG为优势基因型(89.57%),G等位基因为优势等位基因(94.64%)。关联性分析发现,GA基因型母猪的总产仔数(TNB)比GG基因型母猪每胎高0.56头(P<0.05)。荧光素酶活性分析结果显示G等位基因类型启动子活性显著高于A等位基因类型(P<0.05)。在不同等位基因类型启动子间发现1个潜在结合的差异转录因子死亡相关蛋白1(THAP1),成功构建猪THAP1基因过表达载体,共转试验结果显示转录因子THAP1对不同等位基因类型启动子活性均无显著影响(P>0.05)。[结论]miR-23a、miR-27a和miR-24是大白猪产仔数性状的候选基因,g.65307469G>A突变抑制miR-23a/27a/24基因簇的启动子活性,但与转录因子THAP1无关。

摩氏假单胞菌环脂肽合成基因簇xtlABC的功能研究

摩氏假单胞菌Pseudomonas mosselii Pt A1是对多株青枯菌均有良好抑制作用的生防菌,基因组中含有完整的环脂肽合成基因簇xtlABC。为了探明摩氏假单胞菌PtA1中xtl ABC基因簇的功能,本研究利用同源重组技术获得缺失突变体ΔxtlA、ΔxtlBC和Δxtl ABC,通过Southern blot验证突变体正确后,分析其对菌株生长速率、游动性、生物膜及生防相关性状等表型的影响。研究结果显示,与野生型菌株Pt A1相比,突变体ΔxtlA、ΔxtlBC和ΔxtlABC在LB培养基中的生长速度变慢,在游动培养基上的迁移直径分别减少了12.6、12.5和13.5mm,生物膜形成量分别降低了30.41%、29.16%和30.70%,对4种青枯菌的抑菌圈直径显著减小。盆栽试验表明,接种青枯菌GMI1000后4d,处理组PtA1+GMI1000、ΔxtlA+GMI1000、ΔxtlBC+GMI1000和ΔxtlABC+GMI1000对番茄青枯病的防效分别为44.93%、9.49%、10.46%和7.66%,第10 d的防效分别为42.43%、19.56%、31.40%和24.79%,处理组PtA1+GMI1000防治效果最好,与xtlABC突变体处理组差异显著。综合分析表明xtlABC基因簇影响菌株自身的生长及生防相关性状,该基因及其合成的次生代谢产物在抑制青枯菌中起重要作用。

ecp基因簇在路德维希肠杆菌AA4定殖松材线虫中的功能研究

松材线虫病生防细菌路德维希肠杆菌EnterobacterludwigiiAA4能够有效地定殖并杀死松材线虫。大肠杆菌共有型菌毛(Escherichia coli common pilus,ECP)在动植物共生与病原细菌中普遍存在,能够通过增强细菌与宿主细胞之间及生物膜群落中细菌之间的相互作用,提高共生与病原细菌的定殖能力。大肠杆菌共有型菌毛由ecp基因簇编码。为了探究ecp基因簇在菌株AA4定殖松材线虫中的功能,本研究通过BLAST比对分析,鉴定了菌株AA4中的ecp基因簇;利用Red重组技术构建了菌株AA4的ecp基因簇缺失突变体,并对上述突变体定殖松材线虫的能力与定殖相关表型进行了分析。研究结果表明,ecp基因簇缺失突变体菌毛装配能力显著减弱,运动性、生物膜形成能力以及在松材线虫上的定殖能力显著降低。因此,AA4的ecp基因簇可能通过调节菌毛装配,影响其运动性与生物膜形成能力,进而实现对菌株AA4定殖松材线虫的调控。上述研究结果将为揭示松材线虫病生防路德维希肠杆菌AA4定殖松材线虫的分子机制奠定理论基础,为松材线虫病生防微生物制剂的研发与高效应用提供科学依据。

绵羊血浆外泌体中miR-485-3p、miR-154-3p/5p基因簇生物信息学分析

该文以新吉细毛羊与小尾寒羊为研究对象。使用miRBase数据库、GO功能分析和KEGG通路富集分析等生物信息学方式对miR-485-3p、miR-154-3p/5p基因簇进行靶基因预测和分析。结果表明:miR-485-3p交集靶基因72个、miR-154-3p交集靶基因29个、miR-154-5p交集靶基因23个。GO功能分析与KEGG分析提示靶基因可与小蛋白偶联进行蛋白质修饰、和蛋白质泛素化以及细胞衰老、昼夜节律和NOD样受体通路相关;转录因子预测可知共同转录因子为235个;通过TF-miRNA-mRNA调控网络图可知,miR-485-3p、miR-154-3p和miR-154-5p基因簇上游转录因子和下游靶基因共同调控生物体过程;分析提示TRIM28、ZNF92和SPI1等转录因子在mRNA上游扩大miRNA基因簇强沉默功能,使oar-miR-485-3P、oar-miR-154-3p和oar-miR-154-5p通过靶基因DYRK1A参与细胞周期、细胞增殖和细胞凋亡从而影响羊毛纤维机制的表达。

牛miR-17~92基因簇在牛睾丸中的表达及其生物学功能分析

牛miR-17~92基因簇由6个不同的功能miRNAs组成,参与牛睾丸发育与精子发生。本研究从牛基因组中获得miR-17~92基因簇序列信息进行物种保守性分析,再采用半定量PCR的方法检测miR-17~92基因簇前体miRNA在睾丸、附睾头、附睾体、附睾尾及不同活力精子中的表达水平,利用miWalk、TargetScan 7.2及miRTarBase 8.0等在线网站预测成熟miRNA的靶基因,并利用KOBAS3.0对预测靶基因进行GO和KEGG通路分析。结果表明,牛miR-17~92基因簇在哺乳动物进化中具有保守性,该基因簇的6个miRNA前体在睾丸组织中呈现高表达,均显著高于附睾组织;而这6个miRNA前体在附睾的不同位置也具有表达差异,其中pre-miR-19a在附睾尾中表达显著高于附睾体和附睾头,pre-miR17和pre-miR20a在附睾中未检测到表达;在不同活力精子中,高活力精子的bta-miR-17-5p、bta-miR-18、bta-miR-20a的表达水平显著高于低活力精子;生物信息学分析结果表明,6个miRNA一共预测到2 940个靶基因,这些靶基因主要通过MAPK信号通路、PI3K-AKT信号通路、FoxO信号通路等参与调控牛睾丸功能。本研究分析了miR-17~92基因簇在牛睾丸中的表达分布,为miR-17~92基因簇对牛睾丸发育和调控精子活力的作用机制研究提供参考依据。

GATA结合蛋白3、性别决定相关基因簇2在三阴性乳腺癌中的表达及预后关系

目的探讨GATA结合蛋白3(GATA3)、性别决定相关基因簇2(SOX2)在三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer,TNBC)中表达及预后关系。方法收集新疆肿瘤医院140例TNBC和癌旁组织标本,通过免疫组化法染色检测GATA3和SOX2在TNBC中的表达水平,分析GATA3及SOX2在TNBC中的表达特点、临床病理特征及预后的关系。结果GATA3在TNBC及癌旁组织中的表达率为(82.86%、98.00%),SOX2在TNBC及癌旁组织中的表达率分别为(56.43%、5.00%),二者差异均有统计学意义(P<0.05)。GATA3阳性表达与TNBC患者低组织学分级及淋巴结转移有关(P<0.05),SOX2阳性表达与TNBC患者出现低组织学分级、Ki-67增殖表达具有明显相关性(P<0.05)。GATA3阳性表达及SOX2阳性表达者5年无病生存率分别为78.35%(91/116)、62.02%(49/79),差异有统计学意义(P<0.05)。结论TNBC中GATA3阳性率明显低于癌旁组织,SOX2阳性率高于癌旁组织。GATA3缺失表达及SOX2过表达是乳腺癌患者预后差的免疫组化指标,有望成为乳腺癌患者预后评估的重要依据。

基于同源重组原理快速验证fim家族基因簇对鲍曼不动杆菌蹭动的影响

目的旨在利用含有抗生素耐药盒的线性PCR片段对鲍曼不动杆菌靶基因片段进行同源重组替换,实现基因的快速敲除及功能验证。方法以鲍曼不动杆菌Ab4294菌株为研究对象,PCR分别扩增fim基因簇(全长4980 bp)上游901 bp、下游1028 bp的序列作为重组的同源臂;从pUC57质粒中扩增获得卡那霉素抗生素耐药盒(KanR);利用重叠延伸PCR技术将上述3个片段连接,并将连接片段转化至鲍曼不动杆菌Ab4294中,筛选获得基因缺失突变株,构建质粒回补株,对所得菌株进行表型鉴定,探究fim基因簇的功能。结果利用含有抗生素耐药盒的线性PCR片段同源替换的方法成功构建了fim基因簇缺失的鲍曼不动杆菌Ab4294突变菌株;缺失菌株与野生株相比生长速率无明显差异,蹭动运动能力明显下降,回补该基因簇后表型恢复。结论利用含有抗性耐药盒的线性PCR片段同源替换的方法成功敲除鲍曼不动杆菌Ab4294的fim家族基因簇,该基因簇编码产物参与鲍曼不动杆菌的蹭动运动。

胍毒素的生物合成基因簇研究进展

胍毒素是目前发现的毒性最强的蓝藻毒素之一,是一种不可逆的乙酰胆碱酯酶抑制剂,具有快速致死性。随着蓝藻水华的暴发,胍毒素出现在全球多个淡水流域,对相关水域的生态系统和人类健康构成了重大威胁。本文详细介绍了胍毒素发现至今的名称演变及其更改规则,总结了胍毒素从L-精氨酸开始的九步酶促反应生物合成途径,以及相关合成基因簇的发现、鉴定和全球分布情况。通过对胍毒素生物合成遗传基础的了解,可以对其分布的环境和生物合成基因进行监测,这对人们认识和监测蓝藻毒素、提升相关水域居民的人身安全和用水安全起到积极的作用。

调控山羊绒生长mRNA和lncRNA基因簇及关键信号通路的生物信息学分析

【目的】分析绒山羊皮肤中受外源褪黑素诱导的调控山羊绒生长mRNA和lncRNA基因簇及关键信号通路,为从基因簇角度解析外源褪黑素促山羊绒生长的分子机制提供参考。【方法】选取6只罕山白绒山羊,随机分为对照组和埋植组(褪黑素处理),每组3个重复。以自然年为试验周期,每月采集皮肤样本进行RNA测序,使用Bowtie、TopHat、Cufflinks、Cuffmerge、Cuffdiff、Cuffcompare、CPAT和CPC软件分析差异表达mRNA(differentially expressed mRNA,DE-mRNA)和差异表达lncRNA(differentially expressed lncRNA,DE-lncRNA),利用Mfuzz程序包挖掘调控山羊绒生长的基因簇,利用GSVA和GGally程序包分析调控山羊绒生长的信号通路。【结果】筛选得到组间DE-mRNAs 2024个和DE-lncRNAs 329个,获得对照组和褪黑素处理组各8组不同动力学模式的基因簇。对照组基因簇通过Hippo信号通路、对白细胞介素-1的应答、角蛋白纤维、中间纤维、黑色素生成、细胞周期、FoxO信号通路、Wnt信号通路、Hh信号通路和p53信号通路等参与调控山羊绒生长;褪黑素处理组基因簇通过中间纤维、PI3K-Akt信号通路、聚合细胞骨架纤维、TGF-beta信号通路、生长因子活性、Wnt信号通路、Hippo信号通路、ECM与受体相互作用、p53信号通路和间隙连接等参与调控山羊绒生长。DE-mRNA和DE-lncRNA的相关性研究结果显示,外源褪黑素诱导下55个mRNAs和10个lncRNAs协调互作(PCC>0.960),调控山羊绒生长的共表达网络关系。基因集变异分析(gene set variation analysis,GSVA)可视化了FoxO、p53、PI3K-Akt、Wnt、Hh、Hippo和TGF-beta信号通路在绒山羊皮肤次级毛囊发育不同时期调控山羊绒生长的动态矩阵。外源褪黑素诱导下p53信号通路与FoxO信号通路呈极显著正相关(r=0.843,P<0.01);Hh信号通路与Hippo(r=0.836,P<0.01)、TGF-beta(r=0.868,P<0.01)、Wnt(r=0.790,P<0.01)、PI3K-Akt(r=0.630,P<0.05)等信号通路均呈极显著或显著正相关;Hippo信号通路与Wnt(r=0.846,P<0.01)、TGF-beta(r=0.806,P<0.05)信号通路均呈极显著或显著正相关;Wnt信号通路与TGF-beta信号通路呈极显著正相关(r=0.866,P<0.01)。【结论】本研究在组学水平从基因簇角度揭示了外源褪黑素诱导下绒山羊皮肤中调控山羊绒生长的55个mRNAs和10个lncRNAs的共表达调控关系,确定了调控山羊绒生长的FoxO、p53、PI3K-Akt、Wnt、Hh、Hippo和TGF-beta共7条关键信号通路,为进一步研究外源褪黑素促山羊绒生长的机制提供参考。

链霉菌TRM SA0054 Tubercidin合成基因簇挖掘

【目的】评估菌株TRM SA0054的代谢潜力,解析其基因组信息研究该菌株次级代谢产物基因资源。【方法】采用Illumina Hiseq测序平台对菌株TRM SA0054进行全基因组测序,并进行生物信息学分析,采用现代分离纯化方法检测鉴定其代谢产物。【结果】菌株TRM SA0054基因组大小为7.2 Mb,共有6410个蛋白编码基因,GC含量为73.16%;预测到26个次级代谢基因簇,其中Region 36.1基因簇与Tubercidin(杀结核菌素)基因簇相似性为81%,菌株TRM SA0054发酵能够产生Tubercidin。【结论】基于基因组挖掘和LC-MS检测验证菌株TRM SA0054具有产生Tubercidin的能力。

HOXA基因簇在胶质瘤中的表达分析

目的探讨HOXA基因簇各蛋白编码基因mRNA表达水平及与预后的关系。方法采用生物信息学方法分析癌症基因组图谱(TCGA)_GBMLGG数据库中669例不同级别胶质瘤和TCGA_GBM数据库中489例胶质母细胞瘤组织HOXA基因簇编码基因mRNA的表达情况,分析其与胶质瘤临床病理分级和预后的关系。纳入2011年1月至2015年12月经术后病理证实的70例胶质瘤组织和手术切除的正常脑组织20例,采用实时荧光定量PCR(qPCR)检测HOXA基因簇各蛋白编码基因在胶质瘤中的表达水平,并分析其与总生存时间(OS)的关系。结果HOXA基因簇由HOXA1、HOXA2、HOXA3、HOXA4、HOXA5、HOXA6、HOXA7、HOXA9、HOXA10、HOXA11、HOXA13共11个蛋白编码基因组成。TCGA_GBMLGG数据库分析显示,HOXA基因簇中11个编码基因的相对表达量随胶质瘤级别的升高而升高,在Ⅳ级胶质瘤中的相对表达量高于Ⅱ~Ⅲ级(P<0.001)。在胶质母细胞瘤组织中,除HOXA6基因外,其他10个基因的相对表达量均高于正常脑组织(P<0.001)。HOXA基因表达水平在胶质母细胞瘤组织中最高,其次为星形细胞瘤,最少为少突星形细胞瘤和少突神经胶质瘤。HOXA基因簇在IDH1野生型胶质瘤中的表达水平均高于IDH1突变型胶质瘤(P<0.001)。HOXA基因簇高表达与较短的OS有关(P<0.001)。在70例临床胶质瘤组织中,Ⅱ~Ⅲ级、Ⅳ级胶质瘤组织中HOXA基因簇的相对表达量高于20例正常脑组织,其表达水平随胶质瘤级别的升高而升高(P<0.05)。70例临床胶质瘤患者的中位OS为20.9个月,HOXA基因低表达组患者的中位OS明显优于高表达组(P<0.001)。结论胶质瘤组织中HOXA编码基因表达水平升高,可能参与了胶质瘤的发生、发展过程;HOXA基因簇高表达是预后不良因素,可作为预测预后的生物标志物。

木薯细菌性萎蔫病菌2个候选抗铜基因簇的克隆和分析

为对木薯细菌性萎蔫病菌2个候选抗铜基因簇的功能进行验证和对病原菌抗铜机理进行分析,在进一步评价不同来源菌株抗铜性水平的基础上,开展2个基因簇的克隆工作。结果表明,来自国内及密克罗尼西亚、马来西亚等国家的供试菌株对铜离子同样具有较高水平的抗性,不同国家的代表性菌株均编码有copTAB和XmeRSA两个抗铜基因簇。不同菌株的2个基因簇具有高度同源性,分析其除参与抗铜代谢外,可能还和致病等其他保守功能相关。

Brevibacillus brevis B011次级代谢物中抗青枯菌活性物质的纯化鉴定及生物合成基因簇分析

青枯病是世界上最为严重的植物细菌性病害之一,生物防治是防控其危害的热点研究领域,而分泌抑菌活性物质被认为是生防菌抑制病原菌的主要作用机制。本研究在前期筛选到对青枯菌有良好拮抗活性的短短芽孢杆菌B011(Brevibacillus brevis B011)基础上,采用色谱法分离纯化到抗青枯菌的主要活性物质,通过串联质谱和核磁波谱分析方法鉴定了其结构,并根据B011菌株全基因组序列,预测了活性化合物生物合成相关基因及其合成途径。结果表明,B.brevis B011次生代谢物中抑制青枯菌的主效活性物质为伊短菌素A(edeine A),次效活性物质为N-乙酰基色胺[N-(2-(1H-indol-3-yl)ethyl)acetamide]。这两种化合物对青枯菌的抑制活性为首次报道。基因簇预测结果表明,B011菌株基因组中存在完整的edeine合成基因簇,共包括17个基因,即edeA~edeQ,且基因簇中的基因结构完整,基因序列高度保守。B011基因组中有多个N-乙酰基色胺的生物合成相关基因,包括17个脱羧酶编码基因和54个乙酰转移酶编码基因,可能分别参与色氨酸脱羧反应和色胺的乙酰基转移反应,但具体由哪些基因参与还需进一步的研究。研究结果可为该生防菌的应用提供理论指导,也可为后续解析其生物合成途径及通过合成生物学方法进行定向改造奠定基础。

海洋稀有放线菌Salinispora arenicola CNP193基因组新颖PKS和NRPS基因簇的发掘

利用基因组发掘技术,从海洋稀有放线菌Salinispora arenicola CNP193基因组序列中发掘新颖PKS和NRPS基因簇,并初步预测基因簇对应产物,为新颖聚酮化合物的发现,基因簇的异源表达和利用组合生物合成技术对化合物结构进行改造提供信息。在利用anti SMASH对S.arenicola CNS 205和S.arenicola CNP193次级代谢产物基因簇进行预测,并经过NRPS-PKS knowledgebase验证的基础上,以S.arenicola CNS 205基因簇为对照,初步选择新颖基因簇;进一步用NCBI Blast和Nap Dos分析判断基因簇的新颖性后获得3个新颖基因簇:基因簇7,基因簇10和基因簇20。结合anti SMASH对基因簇核心结构的预测和与已知功能同源性基因簇,NCBI Blast比对的同源序列,以及Nap Dos对个基因簇中KS domain和C domain的进化分析等信息,初步表明基因簇7和基因簇20的对应产物分别为烯二炔类和有半胱氨酸及其他氨基酸参与合成的肽类化合物。由于基因簇10得到的信息较少,不能预测其代谢产物。

桔梗科rps2基因簇断裂对进化速率的影响

保守的rps2基因簇(rps2-atpI-atpH-atpF-atpA)在桔梗科的叶绿体基因组中发生了断裂。为探究该基因簇断裂后,相关基因的进化速率是否发生变化,本研究选取50种桔梗科植物和2种睡菜科植物的叶绿体基因组序列进行系统发育关系的构建,对rps2基因簇相关基因的进化速率、选择压力以及适应性进化过程进行分析。结果显示,桔梗科中rps2基因簇发生断裂的物种均来自风铃草亚科,且在系统发育树上组成单系分支;与未断裂物种相比,断裂物种中相关基因的进化速率均值降低;基因间的非同义替换速率存在显著差异。适应性进化分析中,位点模型在atpI和rps2基因中检测到正选择位点。本研究结果表明基因簇断裂可能具有系统发育意义,基因簇断裂后进化速率会发生改变,不同基因也经历了不同的进化历程。

长双歧杆菌A17胞外多糖合成基因簇的分析

为探究长双歧杆菌A17胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)生物合成途径,作者依托全基因组测序,利用eggNOG-mapper、KEGG、GO数据注释和局部序列比对等方法对EPS合成相关的基因进行注释与同源性分析。根据同源性分析得到一个长度约为20 kb由19个基因组成的A17 eps基因簇,预测到EPS前体糖核苷酸合成途径,同时发现该途径中的关键基因pgm并进行了异源表达。eps基因簇负责eps单体重复单元合成以及输出相关的EPS合成过程,在EPS前体糖核苷酸合成途径中双歧杆菌A17利用葡萄糖、乳糖形成UDP-Gal、UDP-Glc两种前体糖核苷酸。其中,pgm编码1→6葡萄糖磷酸变位酶,该酶的产量和活性与EPS合成有关。

微生物组生物合成基因簇发掘方法及应用前景

生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster,BGC)是一类非常重要的基因集合(gene set)类型。BGC普遍存在于各类生物基因组中,并且发挥着重要的代谢和调控作用。从线性结构上来说,一个BGC中的基因通常在基因组中处于相邻的位置;从基因功能上来说,一个BGC中的基因通常共同负责一类通路,生成特定的化合物小分子。因此,BGC作为极具潜力的元件来源,在合成生物学研究中极为重要。然而从序列模式上来说,一个BGC中的基因数量众多且序列差异度大,很难通过序列同源性发掘新类型的BGC。因此,建立生物合成基因簇的智能发掘策略,系统性地发掘BGC并进行验证和转化研究,不论在理论方面还是实际应用方面,都具有非常重要的价值。本文主要基于微生物组大数据,较全面地介绍了BGC挖掘的意义和瓶颈问题,系统性地总结了当前BGC发掘中的数据资源和挖掘方法,尤其是人工智能方法,指出了干湿结合方法对于验证新发掘BGC的重要价值,同时展示了新发掘BGC的多样性和广泛应用领域。最后,展望了结合现有BGC挖掘方法和合成生物学转化,将如何在广度和宽度方面扩展目前的合成生物学研究。

日本学者发现新颖环状肽化合物KK-1的生物合成基因簇

日本研究人员研究发现了丝状真菌Curvularia clavata产生的具有植物病原菌抑制活性的环状肽化合物(KK-1)的生物合成基因簇,并发现可通过基因改造使该化合物的产率提高约2倍。环状肽化合物在医药领域广受关注,但由于这类化合物结构复杂,难以通过化学合成廉价生产,目前还未作为农药进行开发。已知KK-1对多种植物病原菌,特别是灰霉病菌具有很高的生物活性。该研究通过对构建的基因缺失和过表达菌株进行分析,成功鉴定出参与KK-1生物合成的基因簇,为未来实现KK-1的大规模生产提供了新途径。