丝状真菌转录因子调控非核糖体肽合成酶介导的次级代谢产物合成研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)产生的次级代谢产物(Secondary Metabolites,SM)广泛应用于生物医药、生物防治及食品等领域。大多数SM的生物合成与非核糖体肽合成酶(Nonribosomal peptide synthetase,NRPS)的催化密切相关,故NRPS的表达调控对SM的生物合成至关重要。为了深入了解丝状真菌NRPS基因簇的表达调控模式,本文就通路特异性和全局性两种转录因子调控丝状真菌NRPS介导SM生成的研究进展进行了综述,以期深化对丝状真菌中转录因子调控NRPS介导的SM生成机制的认识,为丝状真菌天然产物的开发提供参考依据。

产三峡肽素的草酸青霉SG-4的全基因组测序

为充分解析草酸青霉SG-4的遗传信息,利用二代Illumina测序和三代PacBio测序相结合的方法对SG-4的全基因组进行测序,经过基因组组装、基因预测和功能注释后,对全基因组进行共线性分析和次级代谢产物合成基因簇预测。结果表明,草酸青霉SG-4基因组全长为31.17 Mb,GC含量为50.5%,包括线粒体基因组在内,共由9条基因支架(scaffold)组成,含有8430个蛋白质编码基因、175个tRNA和50个rRNA基因。与swiss-prot、Pfam、NR、GO和KEGG等数据库相比,COG数据库注释的基因数最多,可达7483个。共线性分析结果表明,SG-4与数据库中报道的其他草酸青霉的同源性有一定差异,且存在多处异位重排现象。通过生物信息学分析发现,SG-4基因组中有28个次级代谢产物生物合成基因簇,其中,14个基因簇的功能未见报道,将NRPS相关基因簇与转录组数据进行对应的同时,分析与三峡肽素合成趋势的相关性,得到9条基因簇,经前期实验验证其中有一条可能是负责三峡肽素合成的候选基因簇。研究丰富了草酸青霉的基因组信息,为全面了解草酸青霉的基因组信息、揭示三峡肽素的生物合成途径奠定基础。

利用转录组学分析三峡肽素生物合成的基因簇

为了分析三峡肽素(Sanxiapeptin)生物合成途径,本文采用BGISEQ-500平台测定了SG-4在200 mL培养4、7 d及300 mL培养7 d时c DNA文库,并对高通量测序产生的6.42 Gb序列数据进行了无参转录组分析。结果表明,转录组序列比对率高达93.88%,差异基因主要集中在抗生素合成、物质转运及氧化还原代谢等途径,在非核糖体肽合成酶(NRPS,Non-ribosomal peptide synthetase)基因簇PDE_01071中,21个基因的表达趋势与物质的含量完全吻合,暗示其可能参与了三峡肽素的合成。

调控草酸青霉产三峡肽素的候选转录因子

草酸青霉Penicillium oxalicum是一种重要的生防菌,本课题组前期从柑橘园附近的一株草酸青霉的发酵产物中得到一种对柑橘主要致腐菌指状青霉P.digitatum具有强烈抑制作用的新型线性五肽—三峡肽素。为了解析三峡肽素的分子调控机制,提高三峡肽素的产量,本研究对课题组前期测定的不同草酸青霉菌株和不同培养条件下的两次转录组数据库进行系统分析。通过建立各比较组间的差异基因集合并取各集合的交集,从478个转录因子中筛选到9个调控强度与草酸青霉的三峡肽素生产水平高度相关的候选转录因子,其中3个与三峡肽素生产负相关,6个与三峡肽素生产正相关,对候选转录因子及其编码基因进行了生物信息学分析,并通过qRT-PCR验证了转录组数据的准确性。本研究为解析三峡肽素分子调控机制奠定理论基础,促进了以三峡肽素为主要成分的果蔬保鲜剂开发,同时也为通过转录组数据挖掘目的基因提供了参考。