1株产单宁酶嗜热真菌的鉴定、酶学性质分析及碳水化合物活性酶表达

对产单宁酶的1株嗜热真菌HBHF5进行鉴定,开展单宁酶酶学性质的分析及碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)的转录组学研究,探究嗜热真菌HBHF5在食品酶制剂开发中的潜力。经对菌株的菌落、孢子形态观察及ITS序列比对分析,最终鉴定嗜热真菌HBHF5为烟曲霉(Aspergillus fumigatus)。经分析,菌株HBHF5在固态发酵培养时不产单宁酶,而液态诱导培养时,菌株HBHF5胞内和胞外均检测到单宁酶活性,且以胞外酶为主(94%),酶活力最高达136 U/m L。单宁酶最适反应温度为60℃,在60℃处理30 min,能够维持酶原活力的90%以上。该酶最适反应pH值为6.0,在p H 5.0~9.0范围内,能够维持60%以上的酶活力。不同金属离子对酶活力的影响存在差异,Cu^(2+)、Fe^(3+)、Mn^(2+)和Zn^(2+)对该单宁酶活性抑制较强。经转录组学分析,该菌以麸皮为唯一碳源时,共有淀粉酶、纤维素酶和果胶酶等239个CAZymes基因表达,其中糖苷水解酶类最为丰富,约占CAZymes表达总数的70%。A.fumigatus HBHF5是1株优良产酶菌株,为具有食品酶制剂开发潜力的嗜热真菌。

粘绿木霉Gv29-8的碳水化合物活性酶类蛋白预测及遗传关系分析

利用CAT(CAZymes analysis toolkit)在线分析程序对Trichoderma virens Gv29-8中碳水化合物活性酶类蛋白(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)不同亚家族的分布情况进行分析,结果表明:粘绿木霉Gv29-8中含有185个CAZymes蛋白,分为主要类别和复合类别两种类型;其中,主要类别含有71个GH蛋白、54个CBM蛋白及12个AA蛋白、25个CE蛋白、3个PL蛋白、3个GT蛋白;复合类型含有17个蛋白。遗传关系分析表明,CAZymes分类应进一步细化到更小的类别。

大亚湾表层沉积物碳水化合物活性酶基因分布特征

微生物的碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzymes,CAZymes)是海洋沉积物有机碳降解过程中的关键。文章基于大亚湾2020年春季表层沉积物的宏基因组数据,分析鉴定编码CAZymes序列种类及其在微生物中的分布,并预测了微生物群落对不同结构聚糖的利用。结果表明,表层沉积物微生物群落对不同结构聚糖的利用能力不同。δ-变形菌纲是编码降解肽聚糖和几丁质相关酶类序列的最大贡献者;γ-变形菌纲、拟杆菌门和浮霉菌门具有最高的CAZymes家族的α-生态多样性(香浓指数),是编码降解结构复杂多糖(岩藻聚糖、昆布多糖、纤维素等)的CAZymes基因优势种群;酸杆菌是编码裂解寡聚半乳糖醛酸多糖酶序列的优势菌群。古菌对大部分CAZymes贡献低于1%,但对编码降解纤维素和半纤维素的碳水化合物酯酶(carbohydrate esterase,CE)序列、结合模块(carbohydrate binding module,CBM)基因序列贡献较突出(贡献介于2.18%~11.1%)。CAZymes的底物主要源自于湾内自生的有机碎屑,降解藻源有机碎屑的CAZymes序列的相对丰度于湾口高于湾东北部。与木质素降解相关的辅助活性家族(auxiliary activity families,AAs)序列相对丰度在湾东北部最高,主导的AAs可能有助于增加木质纤维素的溶解度,进而提高糖苷酶对木质纤维素的生物利用度。大亚湾表层沉积物中微生物及其CAZymes序列组成主要与上层水体有机颗粒沉降以及水深相关。

比较基因组揭示广西酸菜乳杆菌碳水化合物活性酶谱

微生物中的碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzymes,CAZymes)具有降解植物组织的作用,相对于真菌,目前对于乳杆菌的CAZymes研究还比较少。该研究从广西酸菜中筛选获得了3株产CAZymes的乳杆菌,并通过二代测序技术比较其编码基因。16S rRNA测序结果表明3株乳杆菌分别是Lactobacillus brevis DC4,Lactobacillus plantarum GLKK1和GLKK2;经液态发酵后,L.brevis DC4产果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶分别为(0.40±0.01)、(0.04±0.01)和(0.19±0.01)U/mL。乳杆菌DC4、GLKK1和GLKK2编码序列分别有2615、3355以及3270个,COG注释均集中在碳水化合物转运与代谢、转录、氨基酸转运与代谢等;CAZymes注释均集中在糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)、糖基转移酶(glycosyl transferases,GTs)和碳水化合物酯酶(carbohydrate esterases,CEs)。3株乳杆菌包含17种CAZymes共有基因,包括纤维素、半纤维素、果胶、淀粉水解酶和酯酶。此外,L.brevis DC4菌株有10种特有基因,包括GH8、GH30和GH51家族,而L.plantarum GLKK1和L.plantarum GLKK2包含7种特有基因,包括GH39、GH13、CE2和GH78家族。

人体微生物碳水化合物活性酶的研究进展

人体定植着大量微生物,主要位于肠道、口腔、皮肤、阴道及鼻腔等位点。微生物复杂多样的代谢活动不仅辅助人体的消化功能,还参与了各系统的重要生理及病理活动。碳水化合物活性酶(CAZymes)是一系列具有降解、修饰及生成糖苷键功能的酶。微生物可产生众多CAZymes,协同人体细胞一起对数目庞大、种类繁多的复杂碳水化合物进行降解,便于进一步代谢利用并产生新的生物信号分子,是微生物参与人体生理及病理过程的重要渠道之一。本文对人类各微生物聚集位点,尤其是肠道和口腔的复杂多糖代谢机制以及微生物CAZymes相关代谢研究进展进行综述,对微生物CAZymes与人体健康和疾病关系的研究及前景进行总结。

牛肝菌碳水化合物活性酶基因和次生代谢物合成基因的预测和比较分析

牛肝菌是一类美味的食用真菌,具有重要的药用和生态价值,但多数未被人工驯化栽培。因此,探究牛肝菌环境适应性和食药用品质的遗传基础,对其栽培利用具有重要意义。分别利用碳水化合物活性酶数据库、CBRF网站和微生物次级代谢物基因簇预测数据库对9种牛肝菌基因组进行碳水化合物活性酶(CAZymes)、植物细胞壁降解酶(CWDEs)和次生代谢物合成基因簇进行注释和分析。9种牛肝菌的CAZymes基因分类属6种CAZymes家族,其CWDEs主要为纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶;鉴定牛肝菌的次生代谢物合成基因和基因簇,发现9种牛肝菌主要次生代谢产物合成基因簇类型为萜类、非核糖体多肽合成酶、I型聚酮类。另外,9种牛肝菌CAZymes基因、CWDEs基因、次生代谢物合成基因的种类和数量均存在明显差异。研究结果为牛肝菌的驯化栽培提供了一定理论依据。

枯草芽孢杆菌XF-1的碳水化合物活性酶类(CAZymes)蛋白预测与遗传关系分析

枯草芽孢杆菌XF-1对多种植物病原菌具有较好的抑制作用,是农业生产上非常重要的生防菌之一.碳水化合物活性酶类蛋白(CAZymes)作为植物病原真菌、细菌中重要的蛋白,在其生长和发育过程中发挥着重要作用.基于前期获得的枯草芽孢杆菌XF-1中104个分泌蛋白基本序列信息,利用CAT预测程序对该菌中的CAZymes蛋白进行预测分析,明确其含有CAZymes蛋白的数量是58个,上述蛋白可以分为主要类别和复合类别两大类,前者包括26个GHs、21个CBMs以及2个CEs、3个PLs、2个GTs;后者则包括4个复合蛋白类型GH/CBM.该研究有效地实现了枯草芽孢杆菌XF-1中CAZymes的预测,为进一步开展其功能研究打下坚实的理论基础.

香灰菌和毛韧革菌碳水化合物活性酶基因和次生代谢物合成基因的比较分析

香灰菌(Annulohypoxylon stygium)和毛韧革菌(Stereum hirsutum)分别是银耳和金耳的伴生菌,对银耳和金耳的栽培、品质和产量起着关键作用。本研究对香灰菌和毛韧革菌的基因组进行了碳水化合物活性酶(CAZymes)基因、细胞壁降解酶基因、次生代谢物相关基因注释和比较分析。结果发现:(1)香灰菌和毛韧革菌CAZymes基因数量分别为525和519,其中GH、AA家族的基因数量最多;(2)香灰菌和毛韧革菌细胞壁降解酶数量分别为495和467,主要涉及纤维素、半纤维素、木质素、果胶、淀粉和菊粉降解相关酶类;(3)毛韧革菌纤维素酶和木质素酶编码基因数量多于香灰菌,而半纤维素酶编码基因数量少于香灰菌;(4)香灰菌和毛韧革菌次生代谢物合成相关基因数量分别为1458和547个,合成产物主要为萜类、聚酮类、非核糖体多肽合成酶类次生代谢物质。以上结果表明,香灰菌相较于毛韧革菌木质纤维素降解相关细胞壁降解酶数量更多,可能具有更强的木质纤维素降解能力,能够适应更多种类的木质纤维素基料,2种伴生菌对基质中木质纤维素成分具有一定偏好性。另外,香灰菌和毛韧革菌均能合成多种不同的次生代谢物,特别是香灰菌合成的次生代谢物种类明显多于毛韧革菌,可能增加了银耳和金耳的食药用价值。本研究挖掘了银耳和金耳伴生菌的营养吸收和食药用活性相关基因,为银耳和金耳的人工栽培和品质改良提供一定分子遗传基础。

深龋微生物碳水化合物活性酶的特征性研究

目的:了解深龋微生物碳水化合物活性酶特征。方法:收集第一恒磨牙深龋浅层和深层样本共16份,提取DNA后基因组高通量测序。测序结果比对NCBI nr及CAZy数据库,分析深龋微生物组成及碳水化合物活性酶特点。结果:深龋微生物在CAZy库中注释的酶家族主要为糖苷水解酶(47.28%),其次为糖基转移酶(35.37%),辅助氧化还原酶最少(0.38%)。相对丰度前10的活性酶主要集中在GH13和GH1家族。拟杆菌门包含相对比例最多的活性酶基因,且深龋浅层和深层微生物碳水化合物活性酶模式无明显差异(P>0.05)。结论:深龋浅层及深层微生物碳水化合物活性酶特征相似,基因组的酶谱分布提示其代谢蔗糖和淀粉类植物源性碳水化合物有遗传优势。拟杆菌门具有更广泛的碳水化合物底物。

枯草芽孢杆菌BEST195的碳水化合物酶类(CAZymes)的分布与进化分析

【目的】分析枯草芽孢杆菌BEST195的碳水化合物酶类的分布与进化情况,对枯草芽孢杆菌工业菌株的开发利用具有重要意义。【方法】利用CAT在线预测程序对前期获得的102个分泌蛋白序列进行CAZymes预测。【结果】明确枯草芽孢杆菌BEST195中CAZymes的数量为57个,分别为27个GH、21个CBM、2个CE、4个PL、1个GT和2个GH/CBM。同时,通过对上述CAZymes进行遗传关系分析,明确存在GH/PL/CBM、GH/CBM、GH/CBM/CE/PL、GH/CBM/CE/PL/GT等大的类别;以及通过对上述蛋白互作关系分析,发现大部分CAZymes蛋白已具有明显的结构特征和相互作用的关系。【结论】完成了枯草芽孢杆菌BEST195中CAZymes的预测,并明确CAZymes在分类方面尚需进一步细分为亚类,该项目为开展工业菌株发挥CAZymes蛋白功能研究打下了坚实的理论基础。

希金斯炭疽菌中碳水化合物酶类蛋白的理化性质分析

为深入了解希金斯炭疽菌中化合物酶类蛋白(CAZymes)的功能,以前期获得的238个CAZymes为研究对象,对其进行理化性质预测分析,结果表明,近2/3的蛋白理论等电点小于6,属于酸性蛋白,同时,通过随机数软件对上述蛋白进行10%抽样分析,明确了不同理论等电点类别的分泌蛋白所具有的分子质量、分子式、半衰期、不稳定性系数、脂肪族氨基酸指数、总平均亲水性等理化性质。

弯曲乳杆菌与清酒乳杆菌的比较基因组学分析

本研究对19株弯曲乳杆菌(Latilactobacillus curvatus)和40株清酒乳杆菌(L.sakei)的基因组进行了比较分析。平均核苷酸同一性及全基因组共线性分析表明,L.curvatus和L.sakei基因组间的核酸序列同源性较弱,可作为区分两个物种的指标。对两个物种分别构建泛基因组,并对泛基因组中的核心基因功能进行注释。结果显示,L.curvatus和L.sakei各自的核心基因组主要涉及菌株的基础代谢。对菌株个体基因组的比对分析发现:1)L.curvatus与L.sakei均含有广泛的糖苷水解酶类编码基因,在分解和代谢膳食纤维类多糖、乳糖利用以及木质纤维素中具有丰富的基因资源;2)3个菌株含抗生素耐药性基因,且来源于基因横向转移;3)L.sakei特有的精氨酸脱亚胺酶途径、L.curvatus中的丝氨酸脱水酶途径及鸟嘌呤脱氨酶途径,以及个别菌株中谷氨酸脱羧酶的发掘,揭示了这两类菌不同的抗酸机制;4)冷应激蛋白编码基因的发现也赋予了这两类菌良好的冷加工特性。此外,部分L.sakei基因组中含有编码lactocin S及凝结素相关的基因簇。总之,本研究通过对L.curvatus及L.sakei进行基因组水平的比较和分析,提供了两个物种之间的分类标准以及菌株个体上的差异信息,为这两种乳酸菌的生理生化分子遗传机制研究以及工业应用奠定了基础。

不同更新方式下亚热带森林土壤病毒群落结构与功能特征

探讨不同更新方式下森林土壤病毒群落特征及其在生物地球化学循环中作用,以福建上杭白砂国有林场的杉木人工林、天然更新次生林和原生林土壤为研究对象,结合宏病毒组学和生物信息学方法进行病毒群落结构与功能分析。结果表明:森林更新方式对土壤病毒群落结构产生了明显的影响。原生林和天然更新次生林主要病毒类群为长尾噬菌体科(Siphoviridae)(62.60%、31.49%),而杉木人工林主要土壤病毒类群为微小噬菌体科(Microviridae)(27.89%)。在3种土壤中均发现了核质巨大DNA病毒(nucleo-cytoplasmic large DNA viruses,NCLDV),其在天然更新次生林中占比最高(20.83%);杉木人工林和天然更新次生林中最主要的病毒宿主属于变形菌门(Proteobacteria),而原生林则为放线菌门(Actinobacteria)。但3种森林类型土壤病毒宿主均包括戈登氏菌(Gordonia)、红球菌(Rhodococcus)、分枝杆菌(Mycolicibacterium)等感染人和动物的致病菌;病毒功能组中均检测到丰富的辅助碳水化合物活性酶(CAZyme)基因,其中杉木人工林土壤病毒中编码CAZymes的基因丰度(4个)显著低于原生林(210个)和天然更新次生林(69个)。研究结果揭示了森林更新方式对土壤病毒结构、宿主和碳循环功能的潜在影响。

假小链双歧杆菌比较基因组学分析

该研究对分离自中国、日本和美国的104株假小链双歧杆菌进行比较基因组学分析。结果表明,在基因组特征上,日本分离株的编码序列数量显著高于中国和美国分离株(P<0.01)。基于核心基因构建的系统发育树和平均核苷酸一致性聚类热图发现分离自相同国家的菌株更相似。功能基因注释结果进一步表明分离地会影响菌株的功能基因分布,碳水化合物活性酶注释结果显示15个碳水化合物活性酶存在地域性差异;经耐药基因和毒力因子数据库注释发现中国分离株携带的耐药基因和黏附型毒力因子的数量显著高于日本分离株;中国和日本分离株携带复制、重组和修复及噬菌体相关可移动遗传元件数量均与美国分离株存在差异。该研究发现分离地会影响假小链双歧杆菌的功能基因,不同分离地假小链双歧杆菌存在差异功能基因。研究结果可为解析假小链双歧杆菌的功能差异提供理论依据。

植物病原丝状真菌中糖苷水解酶的研究进展

植物病原丝状真菌中的糖苷水解酶是碳水化合物活性酶中的一类,在植物病原真菌侵染植物的过程中通过分解其细胞壁中的碳水化合物组分从而实现真菌对植物免疫防卫反应的进一步操控。前期对植物病原丝状真菌中碳水化合物活性酶展开了综述性评价,近年来,随着生物技术和生物信息学、分子生物学等试验方法的发展,以及基因组学、代谢组学、蛋白质组学、转录组学等组学的不断发展,研究者对糖苷水解酶的研究不断深入和完善。旨在对糖苷水解酶进行综述性评价,重点关注其分类、功能及研究方法。在分类方面,主要涉及底物特异性、结构相似性、催化作用机制和水解位置。在功能方面,重点研究其在稻瘟病菌菌、禾谷炭疽病病菌和希金斯炭疽病病菌等病原丝状真菌侵染过程中的作用。此外,还探究了分离和鉴定、生物学特性及基因克隆和表达分析等方面的研究方法。研究的最终目标是深入分析上述研究成果,系统梳理糖苷水解酶在上述真菌中的功能,以期为今后解析病原丝状真菌中糖苷水解酶的功能提供重要理论支撑,并对今后学术界的研究重点、难点及热点进行展望,为未来开展糖苷水解酶功能解析、互作蛋白找寻及加工应用提供研究思路。

‘红阳’猕猴桃软腐病病原菌细极链格孢菌的基因组组装与功能分析

以‘红阳’猕猴桃软腐病病原菌细极链格孢菌为材料,利用三代结合二代测序技术对其进行基因组测序。结果表明,组装的细极链格孢菌基因组大小为33.87 Mb,N50长度为6.8 Mb,GC含量为50.87%。基因组的组装共产生10条scaffolds,其中5条scaffolds两端包含端粒重复序列(TTAGGG),而另外5条仅一端有端粒重复序列。预测的11726个基因包括34个ncRNAs、118个tRNAs、25个rRNAs和11549个编码基因。对编码基因进行COG、GO和KEGG功能注释,表明碳水化合物的转运和代谢相关基因发挥重要功能。此外,发现有569个碳水化合物活性酶(CAZymes)基因。这些结果可为解析细极链格孢菌的致病机制提供基础数据。

大丽轮枝菌(Verticillium dahliae VdLs.17)分泌组预测及分析

【目的】预测并分析大丽轮枝菌基因组范围内的分泌蛋白,为大丽轮枝菌分泌蛋白致病机理的研究奠定基础。【方法】利用已公布的大丽轮枝菌全基因组序列,组合使用生物信息学软件SignalP、TargetP、TMHMM、Big-pi和PROSITE,预测大丽轮枝菌基因组范围内所有分泌蛋白,定义为分泌组。统计分析分泌组中蛋白N-端信号肽特点;应用碳水化合物活性酶类数据库和病原菌-寄主互作蛋白数据库对分泌组蛋白进行注释,预测分泌组中潜在果胶酶、纤维素酶和病原菌寄主互作蛋白;利用真菌激发子的保守结构域,预测分泌组中潜在的激发子蛋白集;应用BLASTP程序比较分析大丽轮枝菌和黑白轮枝菌分泌组,获得大丽轮枝菌相对于黑白轮枝菌特异的分泌蛋白。【结果】大丽轮枝菌分泌组共有922个蛋白。信号肽分析表明,以19个氨基酸为信号肽的蛋白数目最多,非极性氨基酸丙氨酸的出现频率最高,而有带电侧链的氨基酸天冬氨酸和谷氨酸的出现频率最低,信号肽的-3和-1位置上的氨基酸相对保守。大丽轮枝菌分泌组含有158个潜在的碳水化合物活性酶类,其中,包括10个果胶水解酶和14个果胶裂解酶;190个潜在的病原菌-寄主互作蛋白、97个含有RxLx[EDQ]模体的蛋白和52个富含半胱氨酸的小分子量分泌蛋白;58个相对于黑白轮枝菌分泌组特异的蛋白。【结论】本文建立了预测大丽轮枝菌分泌组蛋白的方法。分泌组蛋白信号肽长度具有高度的变异性,氨基酸组成多为脂肪族氨基酸,序列在C-端结构域较为保守。分泌组中包含大量潜在的果胶降解酶、病原菌-寄主互作蛋白、RxLx[EDQ]模体蛋白和富含半胱氨酸的小分子量蛋白等致病相关蛋白。

基于基因组解析不同香菇菌株木质纤维素降解酶体系的差异

通过比较香菇(Lentinula edodes)野生菌株L3,NCBI已公布的菌株135A、135B、B17、NBRC 111202、W1-26,木腐菌金针菇(Flammulina velutipes)、糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus),以及草腐菌双孢蘑菇(Agaricus bisporus)、灰盖鬼伞(Coprinopsis cinerea)、草菇(Volvariella volvacea)的基因组。结果表明:香菇不同菌株间基因组存在较大差异,大小为36.69~46.11 Mb,基因数量为11192~14889;香菇菌株135A、135B、B17、L3、NBRC 111202和W1-26基因组注释的碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)基因数量分别为520、520、483、475、524和537,其中L3最少,为475;纤维素酶在香菇不同菌株中基因数量为19~22,低于灰盖鬼伞和草菇,高于双孢蘑菇;不同香菇菌株的氧化还原酶基因数量为41~55,L3最少,为41,NBRC111202最多,为55,135A和135B最为接近。在基因水平上,木腐菌与草腐菌的木质纤维素降解酶体系没有完全的界限,它们之间存在一定的共性,因此木腐菌草腐化栽培存在可能性。

植物乳植杆菌AR113利用碳源情况研究

以植物乳植杆菌AR113为供试菌株,利用在线工具dbCAN,根据Diamond、HMMER以及Hotpep模型预测AR113的碳水化合物酶类(carbohydrate-active enzyme,CAZyme),并以光密度值(OD_(600))及最大比生长速率作为指标,验证植物乳植杆菌AR113对多种碳源的利用情况。结果表明,AR113中CAZymes按功能分为有6大类,分别为糖苷水解酶家族(GHs)基因54个、糖基转移酶家族(GTs)基因37个、碳水化合物结合模块(CBMs)基因6个、碳水化合物酯酶家族(CEs)基因2个以及1个辅助活性酶家族(AA)基因。根据生长实验发现,AR113可利用葡萄糖、麦芽糖、纤维二糖、甘露糖、低聚果糖、果糖、蔗糖、低聚半乳糖、甘露醇、山梨醇、低聚木糖、乳糖,但不可利用阿拉伯糖、肌醇,与碳水化合物酶预测结果一致,说明AR113可利用的碳源范围非常广泛。并且从碳源利用情况看,AR113培养基最适碳源为麦芽糖,MRS培养基相较于CDM培养基更有利于AR113生长。该研究解析了植物乳植杆菌AR113可利用的碳源谱,同时为植物乳植杆菌培养基的碳源选择和益生元的开发提供了理论依据。

膳食纤维对肠道菌群影响的研究进展

膳食纤维不能被人体小肠消化吸收,可在大肠中完全或部分发酵,是肠道微生物的主要能量来源。膳食纤维具有不同的结构特征,其降解受一系列碳水化合物活性酶(CAZymes)的控制。肠道微生物则是通过编码的碳水化合物活性酶利用膳食纤维,而其表达该酶的基因数量和基因类型具有差异,膳食纤维的选择性消耗决定了肠道中哪个细菌类群受到青睐并可以影响结肠中菌种和菌株的平衡。因此,膳食纤维的类型会影响菌群的种类和数量。介绍了膳食纤维和碳水化合物活性酶的定义和分类,并总结了特定的膳食纤维类型(抗性淀粉、果胶、纤维素、半纤维素和菊粉)对肠道微生物组成的影响,旨在为膳食纤维对肠道菌群和健康的研究提供理论参考。