抗生素产生菌核糖体相关基因改变与次级代谢产物的生物合成

利用抗生素抗性筛选方法及定点突变方法可以得到引起抗生素产生菌核糖体相关基因改变的突变株,这些突变对次级代谢产物的生物合成产生深刻影响,如能够显著地提高抗生素的产量也能够产生一些新的次级代谢产物。这种方法不仅对抗生素产生菌的菌种选育具有重要的意义,且为获得新的抗生素提供了新的途径。本文就抗生素产生菌核糖体蛋白基因、核糖体RNA基因、核糖体修饰相关基因及核糖体相关蛋白基因的改变引起次级代谢改变研究进展做简要综述。

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。

链霉菌次级代谢产物生物合成基因簇异源表达研究进展

天然活性物质的合成、调控和抗性基因都是成簇的排列在微生物基因组内,通过基因工程等技术,将目的基因转移至不同的宿主菌内异源表达,不仅能够激活沉默基因簇,且可将异源表达体系作为一个非常有用的工具,通过生物合成或组合生物合成的方法生产出更多结构新颖且功能独特的实用天然产物或其衍生物。

放线菌次级代谢产物合成基因簇异源表达体系的研究进展

基因簇的异源表达在放线菌次级代谢产物的发现、产量优化、生物合成途径的解析以及非天然代谢产物合成途径的构建中得到了广泛的应用,成为主要策略之一。近年来,随着高通量测序技术以及基因编辑技术的快速发展,大量的新颖次级代谢产物合成基因簇被发现,异源表达在研究放线菌次级代谢产物中起到越来越关键的作用。基于此,回顾了异源表达技术在次级代谢产物研究中的关键作用,并对其潜在的应用前景进行了展望,旨在为基因簇异源表达技术更为广泛的应用提供参考。

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。

CRISPR/Cas基因组编辑技术在丝状真菌次级代谢产物合成中的应用

丝状真菌能够合成抗生素、色素、酶制剂、激素等多种天然产物,广泛应用于医药、化工、农业和基础生物学研究等领域。丝状真菌遗传背景复杂,阻碍了对其的进一步开发利用。基因组编辑是基于核酸酶对基因组位点特异性序列进行靶向切割,产生双链断裂,从而通过非同源末端连接或同源重组进行修复的技术。其中,CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)系统是目前使用最普遍的基因组编辑技术,已在丝状真菌遗传育种、基因改造和多种天然产物合成等方面进行了大量应用。本文总结了丝状真菌CRISPR/Cas的技术原理、元件表达、递送方式及该系统在次级代谢产物等研究中的应用。对于脱靶效应以及转化率低的问题,本文讨论了可能的解决方法。在此基础上,展望了基于CRISPR/Cas的基因组编辑技术在真菌基因功能表征、天然产物合成代谢途径解析与重构、高效丝状真菌底盘细胞构建、天然产物合成等方面的应用。

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。

海洋微生物次级代谢产物生物合成的研究进展

海洋微生物次级代谢产物往往具有新颖的化学结构,蕴含着独特的生物合成途径、酶学机理和不同于陆生放线菌次级代谢产物的生物合成机制。自从2000年第一例海洋微生物天然产物enterocin的生物合成基因簇被阐明以来,迄今已克隆和鉴定了27种海洋微生物次级代谢产物的完整生物合成基因簇。这些次级代谢产物的生物合成主要源于四种途径,包括聚酮合酶途径,非核糖体肽合成酶途径,聚酮-非核糖体肽合成酶杂合途径,以及其他途径。本文综述了近年来一些重要海洋微生物活性次级代谢产物的生物合成途径,以及组合生物合成技术在海洋微生物次级代谢产物结构多样化方面的应用。

微生物次级代谢产物多样性发掘方法

微生物次级代谢产物是微生物在生长过程中产生的非必需性代谢产物,其往往具有独特的生物活性。随着对微生物次级代谢产物多样性研究的不断深入开展,研究者逐渐发现在实验室的常规培养条件下微生物的代谢潜能不能完全被激发,从中可获得的天然产物结构类型远远少于其代谢潜能所决定的数量。近年来,随着基因组技术、分子生物学技术特别是合成生物学相关技术的发展,研究人员开发了如OSMAC、表观遗传、异源表达等多种方法,从多个角度多层次地发掘次级代谢产物多样性。这些方法有效激活潜在的生物合成基因簇、提高了微生物次级代谢产物多样性,加之与高通量筛选方法联合应用,能够显著改善了微生物活性天然产物的发现效率。本文综述了微生物次级代谢潜能的激活以及代谢产物高效筛选的方法和技术,为提高微生物次级代谢产物多样性发掘,加快先导化合物的发现提供参考。

水稻淀粉合成代谢相关基因与千粒重QTLs的连锁分析

稻米淀粉的合成和积累是水稻千粒重形成的重要基础之一。在水稻千粒重QTLs定位分析基础上 ,对本研究克隆的 14个水稻胚乳淀粉合成与积累相关基因及已报道的和预测的 4 2个相关基因进行了电子定位分析 ,比较水稻淀粉合成代谢相关基因与千粒重QTLs的连锁关系。发现有 38个基因位点与千粒重QTLs连锁 ,说明千粒重形成与胚乳淀粉积累与淀粉结构形成代谢密切相关。本研究结果将为进一步研究水稻产量形成的分子机理提供参考。

沙雷氏菌抗生性次级代谢产物合成机制

沙雷氏菌(Serratia)是一类重要的生防菌,能分泌多种抗生性代谢产物,如灵菌红素、脂肽、碳青霉烯、几丁质酶、异硫霉素、硝吡咯菌素、水解酶、大环内酯类抗生素、嗜铁素等,从而抑制不同植物病原真菌的生长。总结了沙雷氏菌中已报道的抗生性次级代谢产物生物合成机制,重点阐述了次生代谢产物的功能、合成途径等的新进展,同时对沙雷氏菌在生物防治中的应用和其作为生防菌剂的前景进行展望。

粤蓝链霉菌代谢产物的抗菌抗肿瘤活性及相关基因的初步研究

粤蓝链霉菌(Streptomyces vietnam ensis)是新近报道的物种,能在多种培养基中产生水溶性紫罗兰蓝色素。本研究发现发酵液乙酸乙酯粗提物对革兰氏阳性细菌有较强的广谱抗菌活性,对部分革兰氏阴性菌也有不同程度的抑制作用,TLC生-物显影试验进一步表明,两个蓝色组分B1、B2是主要的抗菌活性成分;同时,粗提物在20μg/mL的浓度下对HeLa细胞的生长抑制率达96.7%,显示了极强的抗肿瘤活性。利用简并引物扩增PKS/NRPS基因保守区域,获得相关序列4条,其中两条所代表的PKS基因簇有可能是粤蓝链霉菌产生次级代谢产物的重要途径,这些新基因的发现为组合生物合成提供了更多的基因资源。

经济微藻重要次级代谢产物合成途径的研究进展

微藻是次生代谢产物的重要来源,就近年来微藻中的多不饱和脂肪酸、氢气和长链烯烃3种物质合成途径的研究进展做一综述,主要包括以EPA、DHA为代表的多不饱和脂肪酸的合成途径,微藻光合制氢的机理以及以丛粒藻为代表的产油藻中的长链烯烃的合成途径。

贝莱斯芽孢杆菌生防次级代谢产物研究进展

贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)是生防芽孢杆菌中的重要代表,作为微生物农药的核心菌种,已被广泛应用于作物病害生物防治。贝莱斯芽孢杆菌具有植物内生性,其生防作用机制主要包括产生次级代谢产物对抗植物病原物;改善宿主植物根际微生物群落,促进宿主营养和生长;激发宿主植物产生防御反应,诱导植物获得系统抗性。其中,产生次级代谢产物是其最重要的生防作用机制。贝莱斯芽孢杆菌含有多个编码生物合成次级代谢产物的基因簇,其中包括编码聚酮化合物合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)的基因簇,同时存在核糖体途径合成次级代谢产物基因簇。通过非核糖体途径可产生脂肽类化合物、聚酮类化合物、二肽和铁载体;通过核糖体途径产生小菌素、细菌素、羊毛硫抗生素。这些具有生物活性的次级代谢产物成为了天然新药和候选抗生素的储存库,对于解析生防菌作用机制具有重要意义。本文综述了贝莱斯芽孢杆菌的命名与更迭,产生次级代谢产物的类型、合成与调控基因以及靶标病原菌,以期为生防菌株的改良和生物农药的研发提供参考。

烟草重要基因篇:3.烟草烟碱合成代谢相关基因

烟碱（nicotine），即尼古丁，是烟草生物碱（包括烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱等）的一种，约占烟草生物碱总含量的90%-95%[1]。烟叶烟碱含量占叶片干重的0.6%-3.0%，是烟草和卷烟质量的一项重要指标。对烟碱代谢的分子遗传学研究可以揭示烟碱代谢累积的分子机制，并为烟碱含量及烟碱成分调节相关的育种工作提供理论基础。近年来，有关烟碱合成、转运及转化的一些重要基因已被陆续克隆，对烟碱合成代谢机理研究和烟草遗传育种工作产生了重要推动作用。

真菌Drechslera catenaria聚酮类代谢产物及聚酮合成酶基因的初步研究

目的分离分析内脐蠕孢真菌(Drechslera catenaria)的次级聚酮类代谢产物,初步分析其非还原型I型聚酮合成酶基因组成,为该菌株中大黄酚生物合成机制的阐明奠定理论基础。方法应用Czapek Dox培养基发酵培养,酸化乙酸乙酯提取,硅胶柱层析及薄层制备等方法,对该菌株产生的聚酮类代谢产物进行分离纯化;利用紫外(UV),液相-质谱联用(LC-MS)和核磁共振谱(1H-NMR)鉴定化学结构;基于真菌聚酮合成酶保守序列设计引物,克隆与代谢产物合成相关的聚酮合成酶基因。结果与结论从试验菌株菌丝体及发酵液中分离获得4个芳香聚酮类化合物,其结构分别为大黄酚(chrysophanol),长蠕孢素(helminthosporin),冰岛青霉素(islandicin),链蠕孢素(catenarin),其中后3个为首次从该真菌中得到。从基因组DNA中得到一段非还原性聚酮合成酶(PKS)基因序列(约5.3kb),与Pyrenophora tritici-repentis Pt-1C-BFP中黄色色素合成相关的基因片段有较高类似度,很有可能与内脐蠕孢真菌中大黄酚的生物合成有关;在距离该基因2.5kb处克隆到一段基因序列(0.79kb),与P.tritici-repentis Pt-1C-BFP中β-酮酯酰基-ACP-还原酶(KR)基因完全相似,其很可能负责大黄素的6位羰基经还原形成大黄酚。

激活沉默基因簇发掘微生物次级代谢产物的研究进展

天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许许多多内源性的化学成分的总称。在医药产业，天然产物已是新药的重要来源之一，新的化学单体中，40%以上都由天然产物衍生而来，而天然产物多数是由微生物的次级代谢过程产生[1]。自20世纪70年代以来，尽管人们对治疗传染性疾病和癌症的药物需求越来越多，但是，发现新的活性天然产物的速度却在不断下降，传统方法已很难获得新的次级代谢产物。如今的 DNA测序技术已经能够快速、方便地检测大量基因组序列。

天然海水高盐条件对海绵相关细菌抗菌活性及次级代谢产物的影响

海洋微生物生活在高盐、高压、低温、低光照、寡营养、弱碱性的海洋环境中，因而形成了独特的生理特征和代谢机制，可产生与陆生微生物结构与活性迥然不同的次级代谢产物，如生物碱、萜类、环肽类和聚酮类等[1-2]，成为海洋药物的重要来源之一。从海洋放线菌中分离得到的salinisporamide A 已经完成了 I 期临床研究，用于治疗多发性骨髓瘤[3]。以从海洋真菌 Aspergillus sp. CNC-139中获得的化合物为模板合成的 plinabulin（NPI-2358）已经进入II 期临床研究，用于治疗非小细胞肺癌[4]。来自于卡纳里水域深海沉积物中的链霉菌 NTK937产生的 caboxamycin是一种新型的苯并噁唑抗生素，显示出较强的抗菌活性，对革兰阳性菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）IC50仅为8μmol/L[5]。海洋是一个特殊的生态系统，据文献报道，通过模拟海洋环境的拟生态培养，可以诱导海洋真菌产生新的活性代谢产物[6-9]。同时有研究表明，高盐条件造成的极端环境（如高渗透压和营养剥夺等）可以激活生物体内的沉默基因或次级代谢产物合成酶，进而使海洋等来源的耐盐真菌产生新的活性化合物[10-11]。另据文献报道，培养基盐度对海洋真菌的活性物质具有显著影响，其生物活性和活性物质的种类和产量可能有较大的差别[12-13]。但是，应用天然海水培养基探讨海洋来源细菌的抗菌活性、次级代谢产物的 HPLC化学指纹的报道较少，本实验室曾研究报道天然海水对海绵相关细菌的抗菌活性有影响[14]。另有文献对细菌 HPLC 化学指纹研究进行了报道[15-17]，此外，有文献报道天然海水可影响细菌的生长[18-19]。本文以海绵相关细菌为主要研究对象，初步开展了相关探索，以期获得具有良好抗菌活性且次级代谢产物丰富的菌株。

非定向激活沉默基因簇挖掘链霉菌活性次级代谢产物研究进展

链霉菌(Streptomyces spp.)是活性次级代谢产物的主要生产菌,在发现结构新颖化合物上具有重大潜力。随着对链霉菌基因组数据的深入分析,发现大量产次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态,因此利用非定向和定向策略激活链霉菌中沉默基因簇、挖掘结构新颖化合物成为当前的主要手段。本文主要综述了培养基组成改变或培养条件优化、共培养、添加化学激发子及全局性调控等非定向策略在挖掘链霉菌次级代谢产物中的应用以及取得的进展,以期为链霉菌次级代谢产物高效开发提供参考。

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。