林可链霉菌NRRL 2936中帕马霉素生物合成基因簇的异源表达及调控基因功能研究

【背景】帕马霉素属于大环内酯类抗生素,具有较好的抗感染活性。该类化合物独特的化学结构和显著的生理活性受到了许多研究者的关注。同时,本实验室在林可链霉菌NRRL2936的全基因组序列中发现了帕马霉素的生物合成基因簇。【目的】尽管其生物合成途径已经得到了解析,但其生物合成基因簇中的2个调控基因功能尚不清楚。本研究从林可链霉菌NRRL2936的基因组文库中克隆了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的质粒pJQK450,开展了质粒pJQK450在链霉菌中的异源表达,实现了帕马霉素的异源合成,并初步确定该生物合成基因簇中两个调控基因的功能。【方法】利用聚合酶链式反应递缩基因组文库筛选的方法,从林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)NRRL 2936基因组文库中筛选到了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的Fosmid质粒pJQK450。然后,将该质粒转化到E.coli ET12567/pUZ8002中,利用大肠杆菌-链霉菌双亲接合转移的方法将pJQK450转入异源宿主中。对获得的异源表达菌株进行发酵产物的制备,采用耻垢分枝杆菌mc2155作为指示菌株进行帕马霉素生物活性测试,并结合LC-MS的分析确定帕马霉素的产生情况。最后,通过基因失活与回补的方法,考察帕马霉素生物合成基因簇中调控蛋白PamR1和PamR2对帕马霉素生物合成的影响。【结果】帕马霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1154中实现了表达,证明PamR1和PamR2负调控了帕马霉素生物合成的过程。【结论】帕马霉素完整基因簇的成功异源表达,一方面便于其生物合成途径的遗传改造,为帕马霉素的生物合成及优产改造研究奠定了基础;另外,调控基因功能的研究为帕马霉素的产量优化提供了改造的目标。

福林霉素生物合成基因簇的组装和异源表达

【目的】本研究旨在以来源于林可链霉菌NRRL2936中的nosokomycin B_(2)的生物合成基因簇(noso-BGC)为基础,组装获得完整的福林霉素生物合成基因簇(pho-BGC),再利用异源表达策略,激活pho-BGC的表达并通过底盘宿主的优选实现福林霉素发酵产量的提升。【方法】首先,在林可霉素基因簇缺失突变株JCK126基因组中,整合了福林霉素生物合成所缺失的moeA4、moeB4和moeC43个环合成基因(来源于加纳链霉菌ATCC 14672),通过对重组菌株LX19的发酵和提取物的检测确认了pho-BGC在林可链霉菌中的沉默表达。然后,利用基因组装技术将moeA4、moeB4和moeC43个环合成基因与noso-BGC进行连接,得到了含有完整pho-BGC的质粒pJQK572。接着,通过接合转移将质粒pJQK572分别导入Streptomyces coelicolor M1152、Streptomyces lividans SBT18、Streptomyces lividans LJ1018和Streptomyces coelicolor M1446宿主中获得不同的重组菌株LX20、LX21、LX22和LX23。最后,通过对不同重组菌株进行发酵并对提取物进行生物活性分析以及UPLC-TOF MS检测,确定福林霉素在不同异源宿主中的合成情况,并结合二级质谱分析(ESI-MS_(2))对其结构进行确定。【结果】pho-BGC在天蓝色链霉菌M1152中成功实现了异源表达,并在4拷贝天蓝色链霉菌M1446中发酵产量提高了约20%。【结论】本研究通过系统的发酵检测确定了福林霉素生物合成基因簇在林可链霉菌中是沉默的;然后,在nosokomycin B_(2)基因簇的基础上,构建了含有完整pho-BGC的质粒pJQK572;获得了pho-BGC在不同宿主中的异源表达产物后,利用多种液相-质谱联用技术对发酵提取物进行检测,确定了pho-BGC在天蓝色链霉菌M1152中成功表达,接着通过多拷贝整合技术在菌株LX23中将福林霉素的产量提高了约20%。完整pho-BGC的拼接和在菌株LX20&LX23中的异源表达,为福林霉素生物合成机制的探索和高产优化奠定了基础。