植物Ⅲ型聚酮合酶的研究进展

综述了近10年来从植物中克隆、鉴定的型聚酮合酶(PKS)的研究进展。型PKS即查耳酮合酶超家族,能催化生成一系列结构各异、具有不同生理活性、具有查耳酮合酶(CHS)基本骨架的植物次生代谢产物,对这些PKS的基因进行调控可用于合成一些难以化学合成的新型天然化合物。目前,国内对Ⅲ型PKS在药学领域的应用研究甚少,此研究对于活性成分的生物合成具有重要意义。

39株内生放线菌次级代谢产物的合成潜能

为了解药用植物内生放线菌次级代谢产物合成潜能,采用2种不同的发酵培养基对39株分离自5种药用植物根部的内生放线菌进行发酵,利用甲醇抽提发酵液,然后对抽提液进行13株病原指示菌的抗菌活性测定.结果显示32株(82%)供试菌的发酵抽提液至少对1种病原指示菌表现出抑制活性.为进一步评价供试菌株的次级代谢产物合成潜能,对所有供试菌株的基因组DNA进行了聚酮合酶(PKS)基因与非核糖体肽合成酶(NRPS)基因的扩增及检测.结果表明:所有供试菌株至少能扩增出1种次级代谢产物合成基因,其比例为PKS Ⅰ型(1)(59%)),PKS Ⅰ型(2)(62%),PKS Ⅱ型(82%),NRPS(1)(100%),NRPS(2)(100%),表明大多数药用植物内生放线菌具有合成聚酮类和非核糖体肽类化合物的潜能,在适宜的培养条件下可能产生这些种类的活性物质,有待进一步开发.

植物Ⅲ型聚酮合酶的分子机制与应用前景

植物III型聚酮合酶能催化生成一系列结构各异、具有不同生理活性、包含查耳酮合酶基本骨架的植物次生代谢产物,这类次生代谢产物不仅使植物体本身的抗逆性提高,并且对人类健康医疗有很好的应用前景。以下综述了近年来从植物中克隆、鉴定III型聚酮合酶的研究进展,着重论述了其分子结构、催化反应的类型和机制、表达调控及其在转基因工程方面的研究和应用前景。这些研究将为有效地对其进行基因改造,合成一些难以化学合成的新型天然化合物奠定基础,并且为将来进一步开展III型聚酮合酶的转基因工程提供了参考。

红树林土壤微生物模块化聚酮合酶基因(簇)及其多样性研究

聚酮类化合物(Polyketide)是一类重要的具有药用价值的生物活性分子.通过宏基因组学技术获得了红树林土壤微生物中模块化聚酮合酶(Polyketide Synthase,PKS)基因(簇),并对其多样性进行了研究.首先构建了该红树林土壤微生物的16SrDNA文库,初步分析了红树林土壤样本的细菌群落组成,发现许多菌群曾经被报道存在PKS基因簇,约占整个细菌群落的75%.利用相关菌群的PKS酮基合成酶结构域(Ketosynthase,KS)的保守区域序列信息设计简并引物,并构建了KS DNA序列文库.经测序获得131条新型KS序列,该结果表明红树林土壤微生物中蕴含了许多新型的聚酮类化合物合成酶.为了进一步获得聚酮合酶基因(簇),我们通过土壤微生物宏基因组Cosmid文库的构建与筛选,得到了13个属于trans-AT PKS,cis-AT PKS,NRPS/PKS Hybrid等类型的聚酮合酶的基因(簇),并通过构建KS序列的系统进化树分析了样本中聚酮合酶的多样性组成.

新颖的黏细菌模块化天然产物装配线

黏细菌的显著特征之一是能够合成结构多样、功能丰富的天然产物.模块化聚酮合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)途径是黏细菌合成天然产物的主要方式.与经典模块PKS/NRPS相比,黏细菌来源的模块化PKS/NRPS常表现出新颖的装配特征,显示出多样化的遗传加工潜能和装配产物结构多样性.本文综合归类分析了黏细菌来源的模块化PKS/NRPS遗传装配线类型及其对应化合物的生化结构特征,图文并茂地呈现了黏细菌在遗传、生化、组合生物合成、进化和药物开发领域的生机和潜能,并展望了基因组学时代带来的契机.

Chaetomium globosum PKS编码基因pks-1参与球毛壳甲菌素、黑色素和孢子形成

球毛壳菌(Chaetomium globosum)是自然界中分布最广泛的真菌之一,因产生球毛壳菌素(chaetoglobosins)而被人们所熟知.然而,该真菌球毛壳菌素合成的分子机制尚不清楚.本研究利用RNAi技术证实C.globosum的一个聚酮合酶(polyketidesynthase)基因pks-1参与chaetoglobosin A合成.RNA干扰pks-1后,chaetoglobosin A的产量明显下降,同时沉默转化子的黑色素合成降低、菌丝变白,表明两种聚酮类化合物—黑色素和chaetoglobosin A,可能共有相同合成步骤.实验还发现pks-1在孢子生成过程中也起着重要的作用,pks-1基因沉默转化子失去了产孢的能力,聚酮类化合物可能通过未知过程调控孢子生成.C.globosum的pks-1基因的多重作用未有报道.本研究为C.globosum的chaetoglobosins生物合成以及次生代谢和真菌形态发生的关系提供了有用信息.

微生物药物合成基因簇的进化与结构多样性

微生物产生的次级代谢产物为微生物药物的重要来源,大多由生物合成基因簇编码的酶蛋白催化合成。研究微生物药物生物合成基因簇的进化有助于了解微生物药物结构多样性的遗传基础以及其生理生态学意义,对新化合物挖掘和新药发现具有指导作用。本文以代表性的聚酮类化合物为切入点,以负责合成聚酮化合物骨架的聚酮合酶(PKS)为例,综述Ⅰ型PKS的进化起源,基因簇在不同微生物之间的传递及同一种微生物内部的基因簇进化机制。

芍药内生真菌的鉴定及产生活性次生代谢产物的评估

【目的】研究药用植物芍药(Paeonia lactiflora Pall.)内生真菌的种群多样性,同时对其可能存在的聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)和非核糖体多肽合成酶(Non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)基因多样性进行评估,预测芍药内生真菌产生活性次生代谢产物的潜力。【方法】采用组织分离法获得芍药根部内生真菌菌株,结合形态学特征和ITS序列分析,进行鉴定;利用兼并性引物对内生真菌中存在的聚酮合酶(PKS)基因和非核糖体多肽合成酶(NRPS)基因进行PCR扩增及序列测定分析,构建系统发育树,明确芍药内真菌PKS基因序列和NRPS基因序列的系统进化地位。【结果】从芍药组织块中共分离得到105株内生分离物,去重复后获得52株内生真菌,菌株ITS基因序列信息显示,52株芍药内生真菌隶属于7目、13科、15属,其中小球腔菌属(Leptosphaeria)、土赤壳属(Ilyonectria)和镰孢属(Fusarium)为优势种群;从52株内生真菌中筛选获得13株含PKS基因片段的菌株,8株含NRPS基因片段的菌株,部分菌株功能基因的氨基酸序列与Gen Bank中已知化合物的合成序列具有一定的同源性,预示芍药根部内生真菌具有合成丰富多样的次生代谢产物的潜力。【结论】药用植物芍药根部具有丰富的内生真菌资源,且具有产生活性次生代谢产物的潜力,值得进一步开发研究和应用。