不同营养类型植物病原真菌次生代谢产物合成基因簇的差异性研究

选择全基因组序列已经公布的22种真菌为研究对象,利用antiSMASH数据库对不同营养类型真菌的次生代谢产物合成基因簇进行注释,以期发现不同营养类型植物病原真菌在侵染植物过程中次生代谢产物所发挥的作用及合成基因簇的差异性。结果表明:半活体营养型真菌和死体营养型真菌中次生代谢产物合成基因簇的种类和数量都高于活体营养型真菌;进一步对非核糖体肽合成酶(NRPS)、聚酮合酶(PKS)、萜烯(terpene)三大类次生代谢产物合成基因簇进行分析,发现半活体营养型和死体营养型病原菌中NRPS基因簇、PKS基因簇和萜烯基因簇的数量也都高于活体营养型病原菌。

微生物次级代谢产物生物合成基因簇与药物创新

微生物产生众多结构和生物活性多样的次级代谢产物,其生物合成基因簇的克隆是药物创新和产量提高的必要前提。迄今为止已有超过150种生物合成基因簇通过各种方式被克隆,并被用于组合生物合成、体外糖类随机化、代谢工程的定向改造。我们研究室已经克隆并测定了氨基糖苷类井冈霉素/有效霉素、多烯类抗生素FR-008/克念菌素、聚醚类南昌霉素、聚酮类梅岭霉素、杂合聚酮-多肽类口恶唑霉素等生物合成基因簇。深入的基因功能分析揭示了他们独特的生物合成途径和调节机理,为正在进行的组合生物合成结构改造和代谢工程产量提高奠定了基础。

通过重构来激活沉默的次级代谢产物生物合成基因簇

抗生素是临床上应用非常广泛的一类药物,许多感染性疾病因此得到有效控制。但是致病菌的耐药性也越来越普遍,已经给人类健康带来极大挑战,所以研发出新的抗感染药物刻不容缓。现在已知的抗生素大部分来源于放线菌,这类菌可以产生大量具有抗感染、抗肿瘤和抗氧化等生物活性的次级代谢产物,约40%的临床药物都是来源于这些次级代谢产物或其衍生物。然而,在放线菌中大多数生物合成基因簇(biosynthetic gene clusters,BGCs)在正常的实验室培养条件下无法表达,这就需要新的技术来开发这些沉默BGCs的生物合成潜力。

酿酒酵母中基于CRISPR/Cas9工具的基因编辑与代谢调控研究进展

CRISPR/Cas9系统已广泛用于各种生物体的基因编辑和代谢工程。本文综述了CRISPR/Cas9在酿酒酵母中的基本原理和实际应用。首先总结了CRISPR/Cas9技术的发展历史、酿酒酵母基因组中基因缺失和多DNA片段插入的成功案例。这一先进的系统减少了劳动力,增强了对分子遗传学的理解,加速了微生物工程的发展。其次总结了基于CRISPR/Cas9的系统在生产高附加值化学品和提高酿酒酵母耐应激性方面的研究进展。该综述对酿酒酵母的遗传和合成生物学研究具有重要的参考价值。

芦荟汁对银杏悬浮培养细胞的生长及次生代谢产物合成的影响

将无菌芦荟汁按不同比例添加于银杏细胞悬浮培养基中 ,研究其对银杏细胞的生长及次生代谢产物合成的影响 ,结果表明 ,添加 0 1%的芦荟汁 ,银杏细胞干重达 16 0 7g/L ,比对照提高了 13% ;添加0 0 5%的芦荟汁可明显促进银杏悬浮培养细胞次生代谢产物合成 ,总黄酮含量比对照提高了 16 74 %。

植物次生代谢产物生物合成基因簇研究进展

植物产生的次生代谢产物为人类提供了丰富的药物、香料和工业原料。随着分子生物学和基因组学研究的快速发展,目前已解析了多种植物的次生代谢产物生物合成基因簇(BGCs)。这为我们快速获取目标产物的生物合成通路和发掘新颖的天然产物开辟了新路径。该文重点围绕植物次生代谢产物生物合成基因簇的定义和特点、基本结构模型与演化以及调控机制等进行综述,以期为相关研究提供理论依据和借鉴。

内生菌对植物次生代谢产物的生物合成影响和抗逆功能研究

植物次生代谢产物具有广阔的药理活性与重要的生物功能,但天然产量低,无法满足人们日益增长的医药需求,其生物合成研究备受关注。内生菌与植物长期互利共生,影响植物众多代谢过程和生理活动,是解决次生代谢产物资源短缺的重要来源。综述了内生菌促进植物萜类,黄酮类和生物碱等次生代谢产物的生物合成,以及内生菌通过调控次生代谢物以增强植物对生物和非生物胁迫的抗性,讨论了内生菌关联植物次生代谢物在现代生物领域的生产途径和应用前景,以期为利用微生物资源为药用次生代谢产物的生物合成研究和农作物抗逆性状改良提供新思路。

植物次生代谢基因簇研究进展

类似于原核生物的操纵子,在真核生物(如酵母、真菌、昆虫等)基因组中也出现了彼此功能相关的非同源基因成簇存在的现象。这些基因形成基因簇,可参与多种次生代谢途径。近年来,植物中也发现了越来越多的参与次生代谢产物合成的基因簇,它们已成为植物生物学研究的热点。本文总结并分析了植物中已鉴定的次生代谢基因簇。这些基因簇存在于玉米(Zea mays L.)、水稻(Oryza sativa L.)、拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)、番茄(Solanum lycopersicum L.)等植物的基因组中,分别参与合成苯并噁唑嗪酮类、萜类和生物碱类等次生代谢产物。本文通过解析这些基因簇的组成及结构特点,对其特征进行总结,探讨了基因簇形成的分子机理及其调控机制,对植物次生代谢基因簇在合成生物学及代谢工程学中的研究方向和应用前景进行了展望。

植物次生代谢合成途径及生物学意义

简述了植物次生代谢产物的类型、合成途径及其代谢调节,重点阐述了次生代谢产物在最近几年的的学科发展,论述了植物的次生代谢途径与其生物学功能之间的关系,从而加深了人们对次生代谢产物的认识,对其开发利用提供理论依据。

UV-B辐射胁迫对药用植物次生代谢产物的影响研究进展

UV-B辐射胁迫对地球生物的生命活动产生极大影响,其中药用植物次生代谢产物积累是对UV-B辐射胁迫的一种响应,其相关研究对提高药用植物次生代谢产物的产量、品质和合成效率,推动药用植物次生代谢产物的开发和利用,推进增加其药效技术的调控和创新具有参考意义。综述了UV-B辐射胁迫对药用植物次生代谢产物(萜类化合物、酚类化合物和含氮化合物)产量、质量及合成效率的影响,并深入地探讨了UV-B辐射胁迫对部分药用植物次生代谢产物的合成酶、合成途径及主要分子机制的影响。此外,还对UV-B辐射与其他因子复合作用作了概述。

次生代谢产物的生产

主要阐述了生产次生代谢产物的五种主要类型、研究成果和发展趋势,重点谈了细胞组织和细胞培养法生产次生代谢产物的情况.

茶树次生代谢产物的细胞工程技术研究进展

细胞工程技术不仅是研究茶树次生代谢产物如酚、咖啡碱、茶氨酸等生物合成及调控途径的良好手段,也是进行茶树次生代谢产物工厂化生产的重要技术。本文主要对植物细胞工程技术中快速发展的几个重要方面如发根培养技术、两相培养技术、使用诱导物、反义技术进行了详细论述,以便加快茶树次生代谢产物工厂化生产的步伐。

抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展

抗生素是一类具有多种生物活性的微生物次级代谢产物,自然界中60%以上的抗生素由放线菌所产生。克隆抗生素生物合成基因簇可为阐明其生物合成机制,结构改造,产量提高提供重要信息。在后基因组时代,新的抗生素基因簇克隆策略不断涌现,大大提高了微生物重要次级代谢产物生物合成基因簇的克隆效率,并缩短了抗生素的发现周期。本文综述了抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展,包括近年来发展的后基因组的克隆策略。

家种羌活主要化合物生物合成途径的转录组学研究

羌活是我国传统常用大宗药材,以根茎及根入药,前期研究发现其根茎中以羌活醇和异欧前胡素为代表的次生代谢产物含量显著高于根。为探究其生物合成途径及调控机制,本研究利用RNA-seq和转录组学分析手段,以根为对照,对比分析家种羌活根茎中基因的差异表达。结果表明,1222个差异表达基因(DEGs)显著富集于苯丙烷生物合成、植物病原体相互作用、植物MAPK信号通路及植物激素信号转导途径等通路;苯丙烷生物合成通路中莽草酸O-羟基肉桂酰转移酶(HCT)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和过氧化物还原酶6(PRDX6)等关键酶编码基因转录本在根茎中显著上调表达;AP2/ERF、WRKY、C2C2及NAC等转录因子家族的多个转录因子在根茎及根中显著差异表达,这些因子可能是影响羌活次生代谢产物生物合成的关键转录因子;基因的差异表达与羌活根茎及根中羌活醇和异欧前胡素含量差异相符。本研究结果可为进一步研究羌活药用部位有效成分积累机理及定向育种提供理论基础。

烟草重要基因篇:5.烟草香气物质合成代谢相关基因

烟草中的香气物质是烟草植株体内形成的一类次生代谢产物，目前按照致香功能团可分为酸类、醇类、酮类、醛类、酯类、酚类等[1]，其中对烟草香气贡献最大的3类物质分别为多酚类化合物、萜类化合物以及生物碱。近年来，随着分子生物学、生物化学、生物信息学等学科的发展，有关这3类物质合成途径中的关键酶基因研究也渐渐深入。

微生物次级代谢产物生物合成的研究进展

微生物能够产生多种具有生物活性的天然次级代谢产物,这些次级代谢产物在医疗、农业和食品领域有着广阔的应用前景。分子生物学、生物信息学和测序技术的发展为次级代谢产物的挖掘奠定了理论基础,并提供了作工具。近年来,对微生物次级代谢产物的研究越来越多。传统的方法已经难以得到令人满意的结果,对微生物进行分子水平的操作将会是新的方向,如对次级代谢产物生物合成基因簇的调控。综述了新发现的次级代谢产物、提高次级代谢产物产量的策略,通过运用次级代谢产物生物合成基因簇异源表达、核糖体工程、表观遗传调控、代谢调控以及调控转录翻译水平等方法,挖掘新的次级代谢产物、提高次级代谢产物产量,旨在为新药的挖掘提供了突破点。

链霉菌沉默生物合成基因簇激活策略的研究进展

微生物次级代谢产物因其显著的生物活性一直是新药发现与开发的重要来源之一,激增的基因组信息表明,链霉菌中存在着巨大的生物合成潜力。但目前从链霉菌中挖掘的具有新骨架或新结构单元的活性次级代谢产物数量远低于生物合成基因簇的数量,原因主要在于很多生物合成基因簇在常规实验条件下表达微弱或转录沉默。从预测生物合成基因簇的生物信息学工具入手,本文重点阐述了在天然宿主和异源宿主中激活链霉菌沉默生物合成基因簇的经典方法和最新策略,包括转录因子诱捕、报告子导向的高通量筛选以及多重CRISPR-TAR等,为挖掘链霉菌新型次级代谢产物提供了方法学参考。

细胞色素P450酶在植物次生代谢产物生物合成中的研究进展

细胞色素P450 (cytochrome P450, CYP450)是一类广泛存在于自然界的超基因家族单加氧酶,参与多种植物次生代谢产物的生物合成,被誉为“万能的生物催化剂”。近年来,随着高通量测序技术和分子生物学的发展,越来越多植物CYP450酶的功能被揭示,相关生物合成研究取得了令人瞩目的成果。本研究结合CYP450的结构特点、作用机制,重点介绍植物CYP450在次生代谢产物生物合成中的研究进展,为植物CYP450酶的挖掘及功能研究提供参考,也为基于此的植物次生代谢产物生物合成与代谢调控提供依据。

雷帕链霉菌次级代谢产物及其生物合成的研究进展

雷帕链霉菌(Streptomyces rapamycinicus)是一种重要的工业菌株,主要用于生产新型大环内酯类抗生素--雷帕霉素。该抗生素具有抗真菌、抗肿瘤、免疫抑制和抗衰老等众多生物活性,临床上主要用作器官移植的免疫抑制剂以及抗肿瘤药物。全基因组测序表明,雷帕链霉菌野生型菌株NRRL5491基因组全长12.7Mb,编码多达48个次级代谢产物生物合成基因簇(共长达3Mb),证明其具备强大的次级代谢潜力。除雷帕霉素以外,至今已有多种活性天然产物被鉴定,包括放线菌酸、尼日利亚菌素、洋橄榄叶素、安莎类抗生素和六烯类抗生素等,相关合成基因簇及其生物合成途径已被解析。本文将就雷帕链霉菌中各种次级代谢产物的生物学功能、生物合成基因簇及其生物合成过程等研究进展进行总结梳理,并就如何更好挖掘雷帕链霉菌中的活性天然产物进行简单展望与讨论。

微生物次生代谢生物合成研究取得进展

近期，记者从中科院南海海洋研究所获悉，该所海洋微生物代谢工程与组合生物合成课题组研究员张长生领导的团队在次生代谢产物的生物合成研究方面取得重大进展。该团队完成了重要抗菌剂台勾霉素的生物合成基因簇的克隆、鉴定和关键酶的功能阐述。