我国生防微生物代谢产物研发应用进展与展望

微生物代谢产物农药(microbial metabolite pesticide,简称MMP)是以微生物发酵产生的代谢产物为活性成分,用于防治病虫草鼠等有害生物或促进植物生长发育的生物农药。MMP主要包括农用抗生素、微生物源植物免疫诱抗剂和微生物源植物生长调节剂,是我国应用面积最广的生物农药。部分微生物代谢产物农药兼具预防与治疗效果,是未来绿色农药研发的一个重要方向。本文总结了我国研发和应用的主要代谢产物农药种类、特点和最新研究进展,分析了我国代谢产物农药研发过程中存在的问题和挑战,为新型代谢产物农药的研发与应用提供参考。

假单胞菌代谢产物藤黄绿菌素化学结构、生物合成途径、调控机制及应用研究进展

藤黄绿菌素(pyoluteorin,Plt)是假单胞菌产生的次级代谢产物,具有广谱抑菌活性。本文系统介绍了Plt产生菌、化学结构、生物合成途径及其调控机制等方面的研究进展。在此基础上,总结了构建高产Plt工程菌株的策略和成果。最后,展望了Plt成为新型代谢产物农药的潜力和未来的研究方向。

蛋白质翻译后修饰在细菌致病中的作用

蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM)可以改变蛋白质稳定性与活性,是调控蛋白质生物学功能的重要环节之一,在真核生物与原核生物中广泛存在。PTM在细菌的许多生命活动中发挥着重要调控作用,如物质代谢、信号转导和细菌致病过程等。文章综述了细菌中主要的PTM种类及功能、细菌毒力和适应力的PTM调控机制、细菌效应蛋白如何通过PTM调控宿主蛋白,以及PTM检测技术的新进展。PTM的研究对了解细菌的致病机制及其与宿主的相互作用、致病机制有重要意义,也可以开发特异性治疗药物的新靶点。

链丝菌素生物合成基因簇的克隆及其异源表达

通过基因组粘粒文库的高通量接合转移、异源表达和生物活性测定,结合DNA序列测定,从刺孢吸水链霉菌AA97026中筛选具有广谱抗菌活性的小分子化合物及其生物合成基因簇,获得1个对革兰氏阳性细菌和红酵母均有抑制活性的阳性克隆1H5,其部分DNA序列与链丝菌素生物合成基因相似。含1H5的异源链霉菌宿主的发酵液均能检测到链丝菌素的不同组份,表明1H5含有完整的链丝菌素生物合成基因簇。

植物病原黄单胞菌DSF信号依赖的群体感应机制及调控网络

群体感应是微生物之间相互交流的一种重要联络方式,它协助细菌能感应群体密度从而调节基因表达。20世纪80年代以来,多种群体感应信号及其传导机制得以阐明。DSF(diffusible signal factor)是近年来在野油菜黄单胞菌中首先鉴定的1个新型群体感应信号,化学结构为顺式11甲基2十二碳烯酸,其信号传导途径包括RpfC/RpfG双组分感应系统、二级信使环二鸟苷酸(c-di-GMP)、全局性转录因子Clp等。在野油菜黄单胞菌中,DSF群体感应信号调控3类生物学功能:一是促进致病相关基因的表达;二是抑制生物膜形成;三是促进黄单胞菌作出代谢调整,适应高群体密度环境。RpfF是DSF信号生物合成过程中的关键酶,黄单胞菌在高群体密度条件下通过一种新型自我诱导机制大量合成DSF。DSF信号不仅存在于所有黄单胞菌属细菌中,也广泛存在于苛养木杆菌、嗜麦芽寡养单胞菌、伯克氏菌、铜绿假单胞菌和许多海洋细菌中,其传导途径和生物学功能还有待进一步阐明。

环氧树脂固定化环状芽孢杆菌糖氨基转移酶的研究

使用环氧树脂MC-150EP对来自环状芽孢杆菌的糖氨基转移酶BtrR进行固定化以制备光学纯β-井冈霉烯胺,在单因素试验的基础上,采用响应面试验进一步优化固定化工艺,得到最佳固定化条件:载体与蛋白质投放比例为21, pH值8.2,温度17℃,盐离子浓度460 mmol·L^-1,固定化时间15 h,辅酶浓度0.2 mmol·L^-1,由此制得的固定化酶比活力为20.6 U·g^-1(湿载体),酶活回收率为66.5%。酶学性质研究表明,固定化酶的立体选择性与游离酶相同,最适反应温度和pH值分别为39℃和8.5,热稳定性和酸碱稳定性与游离酶相比有较大提高;同时,固定化酶具有良好的操作稳定性和储存稳定性,在连续使用9个批次后,固定化酶保留初始酶活的50.5%;4℃下连续放置20 d后,固定化酶的比活力为初始酶活的81.6%。

灰红链霉菌AL7基因组文库及异源表达文库的构建

灰红链霉菌AL7对多种植物病原真菌和细菌都具有明显的抑菌活性。本研究在通用的大肠杆菌克隆宿主基础上,构建获得Dcm甲基化缺陷菌株,再引入接合转移辅助质粒pUZ8002得到菌株LP3。以LP3为宿主构建灰红链霉菌AL7的基因组粘粒文库,平均插入片段大小40kb。用高通量接合转移的方法将文库转到变铅青链霉菌TK24中,得到了异源表达文库,并从表达文库中初筛获得一些表型特异的克隆,如光秃表型、产素提前表型、产孢提前表型等。

与DNA硫修饰相关的DndB蛋白纯化体系的建立

根据DndB蛋白表达载体的特性,建立了一套集Ni2+-NTA亲和层析、Source Q阴离子交换层析和Superdex 200分子筛层析于一体的纯化体系,纯化得到高纯度的DndB蛋白,可用于后续的蛋白质结构生物学和酶学特性研究,为阐明DndB蛋白的功能以及DNA硫修饰的机理打下了良好的基础。

鞘糖脂与肿瘤疾病相关性研究进展

鞘糖脂作为存在于生命体细胞膜表面的双亲性糖脂分子,具有维持质膜稳定性、介导细胞识别黏附、调节信号转导等重要生物学功能。特异性的鞘糖脂被发现在众多的肿瘤疾病中呈异常表达并参与相关分子机制,与疾病发展进程密切相关,其作为肿瘤疾病诊断标志物以及免疫治疗的重要靶点被广泛研究。该文针对不同种类鞘糖脂与肿瘤疾病的相关性研究进展进行了综述。

碳源影响水稻根际假单胞菌PA1201藤黄绿菌素的生物合成

【背景】假单胞菌PA1201是一株水稻根际促生菌,其产生的次生代谢物藤黄绿菌素(pyoluteorin,Plt)能够有效抑制多种植物病原真菌和细菌的生长,但在常规培养条件下Plt产量极低。【目的】研究碳源对Plt生物合成的影响,为提高Plt的产量以及应用提供理论基础。【方法】将基本培养基(minimal medium,MM)中甘露醇替换为不同的碳源及碳源组合作为PA1201的培养基,生长过程中不同时间点取样提取Plt,利用高效液相色谱(HPLC)法分析Plt的产量变化。【结果】建立了基于HPLC定性和定量检测Plt的方法;比较了PA1201菌株在不同培养基中菌株生长和Plt的产量,发现果糖和甘露醇促进Plt生物合成;果糖和甘露醇对Plt生物合成没有增效作用;在含有甘露醇或果糖作为唯一碳源的培养基中,添加葡萄糖或琥珀酸抑制Plt生物合成。【结论】果糖和甘露醇促进水稻根际假单胞菌PA1201合成藤黄绿菌素,这为提高藤黄绿菌素的生物合成效率和促进藤黄绿菌素的应用奠定了基础。

国际基因工程机器大赛中的生物资源宝库

国际基因工程机器大赛(international Genetically Engineered Machine competition,iGEM)是面向世界范围的大学生科技赛事,该比赛旨在推广合成生物学,各个参赛队伍通过使用原始元件和自己设计的新元件来构建新的生物系统,并在活细胞中表达,令其行使某种既定功能。每年的参赛队伍会设计许多新的生物元件(biological part),其长期积累为生物系统的构建提供了便利与创新,其本质上也是生物资源不断丰富的体现。本文从生物资源的角度,重点阐述iGEM比赛生物元件库的发展、分类与特点,让更多人了解生物元件的特征,并在基因工程操作中参考使用,推动元件库的扩充与发展。