2015年中国微生物遗传学研究领域若干重要进展

中国微生物遗传学研究在2015年取得了重要进展。本文回顾了2015年度中国本土科研团队在微生物遗传学领域取得的若干重要科研进展,扼要介绍了若干重点论文,展示了中国科学家在本领域的学术贡献。在基础微生物遗传学领域,明确了调控基因表达的一系列重要生物大分子的组成、结构和功能,解析了微生物免疫系统识别外源核酸片段的分子基础,阐明了多个微生物来源重要活性物质的生物合成途径及新颖的酶学反应过程,发现了微生物基因表达调控的新机理,在微生物发育、进化与群体行为生物学方面也取得一定进展。在工业微生物遗传学方面,阐明了微生物制造及其分子基础。在病原微生物遗传学方面,研究了多个致病菌的遗传调控,明晰了致病菌?宿主相互作用的遗传机制,在基因组水平解析了微生物耐药、新发病原和环境微生物的遗传机理,为致病菌防控新措施的研发提供了基础。在微生物多样性与环境微生物遗传学方面,展示了利用微生物遗传多样性的特点通过催化获得特定手性的化合物具有较好应用前景,肠道微生物组学研究方兴未艾。

我国黄酒酿造微生物的研究进展

对黄酒的浸米浆水、酒药、酒母、酒曲、酒醪中微生物资源和其他米酒微生物资源的研究进展进行综述,并总结了黄酒微生物育种技术的发展成果。基于我国黄酒微生物的研究现状,利用现代生物技术提升黄酒微生物的研究水平,全面、深入和系统地研究黄酒微生物资源、多样性、系统发育、生态分布、酿造功能、菌种选育及其环境微生物对黄酒生产的影响等诸多课题,对于我国黄酒产业健康发展具有重要理论意义和应用价值。

海洋真菌Aspergillus sp.LW152抗细菌活性代谢产物研究

目的对海洋真菌Aspergillus sp.LW152发酵提取物的抗细菌成分进行研究。方法利用硅胶柱层析、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱层析、半制备高效液相色谱等方法,对该菌株发酵提取物进行分离纯化;化合物结构通过核磁共振波谱(NMR)、质谱(MS)等数据并与文献数据对比进行确定;采用微量肉汤稀释法对化合物抗菌活性进行体外评价。结果从真菌LW152发酵的乙酸乙酯提取物中分离得到了7个化合物,其结构分别鉴定为7-脱氧-7,14-二脱氢水杨酸(1)、7-脱氧-7,8-二脱氢水杨酸(2)、pseudaboydin B(3)、(Z)-5-(羟甲基)-2-(6'-甲基庚-2'-烯-2'-基)苯酚(4)、aspergillusene A(5)、2,4-二羟基-6-甲基苯甲酸甲酯(6)和1-亚油酸单甘油酯(7)。结论海洋真菌Aspergillussp.LW152能产生具有抗细菌活性的次级代谢产物,其中化合物4和5对6种致病细菌的生长均具有一定的抑制作用,化合物7对青枯雷尔菌的生长具有抑制作用。

1株海洋真菌Penicillium sp.的次级代谢产物及抗细菌活性研究

目的研究1株海洋真菌Penicillium sp.LW23的次级代谢产物及其抗细菌活性。方法采用硅胶柱层析、Sephadex LH-20凝胶柱层析及半制备高效液相色谱等方法,对该菌株发酵产物进行分离纯化;通过核磁共振波谱(NMR)和质谱(MS)等方法并比对相关文献,鉴定化合物结构;采用微量肉汤稀释法评价其体外抗菌活性。结果从菌株发酵的乙酸乙酯粗提物中分离鉴定了6个化合物,分别为methyl penicyrone(1)、penicyrone(2)、verrucosidin(3)、deoxyverrucosidin(4)、peniquinone A(5)和penipratynolene(6)。结论海洋真菌Penicilliumsp.LW23能产生具有抗细菌活性的化合物。化合物3和4对幽门螺杆菌Helicobacter pylori G27和三重耐药菌H.pylori BHKS159具有中等抑菌活性;化合物5对野油菜黄单孢菌、青枯雷尔菌、枯草芽胞杆菌和耻垢分枝杆菌均具有一定程度的抑菌活性。

应用高通量测序技术解析清香型大曲微生物多样性

目的:分析清香型大曲微生物整体数量、种类,确定清香型大曲优势菌,为进一步解析清香型大曲功能微生物,筛选优良酿造微生物奠定基础。方法:利用传统培养分离方法和高通量测序技术相结合,对采自北京、山西、台湾、黑龙江、河北5地的11份清香型大曲进行微生物种群多样性分析。结果:传统分离结果表明:11种清香大曲微生物总数各不相同,不同大曲中真菌数量均多于细菌数量。扣囊覆膜酵母是大曲真菌的主要组成部分,乳酸菌和芽孢杆菌分别构成不同大曲细菌的优势类群。高通量分析结果表明:11种大曲真菌多样性较为一致,扣囊覆膜酵母是优势真菌。细菌多样性则较为丰富,主要由乳酸菌、芽孢杆菌、放线菌、泛菌属、葡萄球菌5类组成。其中乳酸菌类是优势细菌,主要包括融合魏斯氏菌、戊糖片球菌、柠檬明串珠菌、耐酸乳杆菌这4个种。结论:清香型大曲微生物多样性丰富,不同大曲样品微生物总数差异较大,真菌数量远大于细菌数量。扣囊覆膜酵母、乳酸菌和芽孢杆菌为清香大曲真菌和细菌的主要组成部分。

龙门石窟敬善寺区域生物病害调查与研究

[目的]生物病害侵蚀露天石质文物,使其发生表面变色及风化等不可逆变化。龙门石窟是世界上造像最多、规模最大的石刻艺术宝库,敬善寺区域是龙门石窟的重要组成部分,了解该区域石质文物的生物病害情况,对石质文物保护及病害防治措施的提出具有重要意义。[方法]本研究对该区域31个样点石质文物的生物病害进行样品采集。基于形态观察,结合ITS、16S rDNA特征片段的测序分析,对生物病害物种地衣、微型真菌、细菌、苔藓和藻类等进行鉴定;对受生物侵蚀的文物本体通过扫描电镜进行形貌观察;采用薄层层析法检测地衣体中的化学酸,结合高效液相色谱法测定地衣和由生物结皮状复合物与沉积物中分离真菌的化学酸含量。[结果]形态观察和高通量测序结果显示,龙门石窟敬善寺区域内生物病害种类主要为地衣、苔藓、藻类、真菌和细菌,其中地衣7种,苔藓3种,藻类1种,真菌20种,可培养细菌7种,主要包括蓝细菌和放线菌门等,高通量测序结果与传统培养结果具有高度一致性和互补性。扫描电镜观察到不同侵害生物对石质文物的侵蚀深度不同,其中非地衣型真菌菌丝深入岩石深度可达100μm。调查区域内常见、具明显特征结构且覆盖度较大的主要生物病害为地衣和苔藓,其中中华石果衣(Endocarpon sinense)最为明显;同时地衣和真菌样品中可检测到柠檬酸,琥珀酸、草酸,乳酸、富马酸等有机酸。[结论]本研究首次较为系统地调查了龙门石窟敬善寺区域石质文物生物病害的物种和分布,从细胞侵入和有机酸产生2方面分析了其中代表性生物产生的病害及程度;生物病害的发育与石窟所处环境密切相关,研究结果为石窟微环境控制和石质文物生物病害防治提供了理论依据。

高通量测序技术分析酱香型白酒下造沙轮次的微生物多样性

下沙、造沙是酱香型白酒的基础轮次,为探究酱香型白酒下沙、造沙轮次发酵过程中微生物群落结构的变化、微生物多样性与样品之间的关系,本研究采用了高通量测序对酒醅中细菌、真菌多样性进行了全面解析。结果表明,下沙、造沙分别检测到细菌203个属和184个属,真菌160个属和109个属。下沙、造沙期间细菌优势菌属均为乳酸菌,堆积发酵结束,Weissella paramesenteroides、Pediococcus acidilactici、Lactobacillus panis占比可达80%以上,窖内7 d时的菌群结构发生较大变化,至窖内发酵结束,Lactobacillus panis、Lactobacillus sp.、Lactobacillus acetotolerans占比可达90%以上;下沙、造沙期间的真菌优势菌属均为酵母菌,下沙堆积到入窖,Pichia kudriavzevii均占绝对优势,占比在90%左右,造沙窖内发酵时,Saccharomyce scerevisiae大量繁殖,至窖内发酵结束达到22.32%,Pichia kudriavzevii占比仍达48.78%。该研究结果揭示,酱香型白酒下沙、造沙发酵过程中微生物的多样性,确定了下沙、造沙的主要微生物种类,反映了不同阶段微生物群落特点,为深入研究酿造机理提供参考依据。

真菌学研究的进展及机遇——真菌学国家重点实验室专刊序言

真菌是与动物和植物并列的一个独立的生物界。真菌学国家重点实验室是在我国近代真菌学开创者戴芳澜与邓叔群院士于1953年成立的"中国科学院植病真菌室"的基础上发展起来的,并于1985年成为中国科学院第一批院重点开放实验室"真菌地衣系统学开放研究实验室"。近年来真菌学国家重点实验室在真菌分类与演化、遗传与发育、群落与种间关系及次级代谢与调控等方面取得了重要研究进展。本专刊汇集了真菌学国家重点实验室18个研究组的最新研究成果,并以此纪念"真菌地衣系统学开放研究实验室"成立30年。

基于中国科学院菌物标本馆馆藏标本的中国蜡蘑属分类研究

基于系统发育方法,通过对中国科学院微生物研究所菌物标本馆(HMAS)馆藏的2000年之后采集的蜡蘑属标本开展了分子鉴定和分类学研究,共发现16个种,其中包括新种炭黑蜡蘑Laccaria anthracina和3个中国新记录种(蛛网蜡蘑Laccaria araneosa、红蜡蘑浅色变种Laccaria laccata var. pallidifolia、小蜡蘑Laccaria parva),增补了国内已知物种分布报道,为蜡蘑属研究提供了分子鉴定的参考序列和核心参考文献,为今后开展我国蜡蘑属物种资源调查提供科学参考依据。

中国小囊菌科的研究

对分离所得小囊菌科(Microascaceae)4属6种进行了形态学研究,明确了闭小囊菌属(Kernia)在中国大陆的分布,并以检索表形式比较了中国已报道小囊菌科5个属的形态学特征。

基于红色名录的大型真菌保护现状及中国的对策

全球大型真菌多样性十分丰富,具有重要的生态价值和经济价值,然而大型真菌多样性正受到过度采挖、栖息地遭破坏、气候变化和环境污染的威胁。全球至少有36个国家开展了国家水平的大型真菌灭绝风险评估,并发布了官方红色名录。一些国家和组织机构基于红色名录制定实施了一系列大型真菌的保护与管理措施。笔者梳理了国际上大型真菌灭绝风险评估的状况,以及相关法律法规、保护政策与行动计划、就地保护与管理方面的经验,并提出了我国大型真菌保护与管理对策。

近十年中国重要食药用菌研究进展

食用菌跻身我国第五大农作物,我国已经成为名副其实的食药用菌大国。本文对近十年来食药用菌重要种类名称变更、人工培植或栽培技术的突破和基因组学研究的进展进行了综述。随着分子系统学研究的深入,灵芝、黑木耳、毛木耳、桑黄等重要种类的名称得到更正和完善;冬虫夏草、羊肚菌、暗褐网柄牛肝菌等难栽培种类在全世界范围内首次实现人工栽培;大多数常见食药用菌种类完成了基因组解析。分析了分类和系统发育研究、生物学研究、组学研究与食药用菌产业发展的关系,基础研究促进食药用菌产业发展,同时产业发展为基础研究提出更多的科学问题。

中国药用真菌(子囊菌)多样性及其化学成分

中国药用真菌(子囊菌)种类资源丰富。本文依据文献资料汇总了中国药用子囊菌61种,并对其生境条件、产地与分布及其化学成分和药用价值进行了简述。

中国药用真菌(子囊菌)多样性及其化学成分Ⅱ

中国药用真菌种类资源丰富,作者们积多年的野外调查,搜集了大量的菌物标本和素材后,予以研究鉴定、整理出子囊菌150种。其中2012年《贵州科学》30卷2期已报道了中国药用子囊菌61种。本文续报中国药用子囊菌89种,并对其生态习性、地理分布及其化学成分和药用状况进行了简述。

一株虫生真菌Phomopsis amygdali次级代谢产物研究

采用ODS反相硅胶柱层析、Sephadex LH-20柱层析以及HPLC等分离方法,从一株瘿蚊虫生真菌Phomopsis amygdali大米发酵的乙酸乙酯提取物中获得6种化合物,并通过HR ESI-MS、1 H NMR、13C NMR等波谱学方法鉴定其结构分别为(+)-S-1-Methyl-abscisic-6-acid(1),(+)-S-Abscisic acid(2),Fusicoccin J(3),3α-Hydroxyfusicoccin J(4),(R)-5-Hydroxymethylmellein(5),4-Hydroxyphenethyl acetate(6)。其中化合物(1)为新化合物。抗菌实验结果表明,化合物(1)^(4)对革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa 2033E,CGMCC 1.2387)均有不同程度的抑制作用(最小抑制浓度26~58μg·mL^(-1))。

海洋真菌Fusarium sp.HL21活性次级代谢产物研究

目的研究海洋真菌Fusarium sp.HL21的次级代谢产物及其抗菌活性。方法采用硅胶柱层析、Sephadex LH-20凝胶柱层析及半制备高效液相色谱等方法,对该菌株发酵产物分离纯化;后通过核磁共振波谱(NMR)和质谱(MS)等方法并比对相关文献,鉴定化合物结构;采用96孔板微量肉汤稀释法和孢子萌发法评价其抗细菌和抗真菌活性。结果从该菌株中分离鉴定了8个化合物,分别为plancyin G(1)、吲哚-3-乙醛酸甲酯(2)、吲哚-3-乙酸(3)、丁二酸二甲酯(4)、阿魏酸(5)、gibepyrone F(6)、6-((2S,3S)-2,3-二羟基-2-丁醇基)-3-甲基-2-吡喃酮(7)和6-((2R,3S)-2,3-二羟基-2-丁醇基)-3-甲基-2-吡喃酮(8)。结论化合物5、7和8对青枯劳尔菌BXL018、甘蓝黑腐病菌BLY013和辣椒青枯病菌BLY014表现出一定的抑菌活性。

中国乳嘴衣属地衣分类学研究

乳嘴衣属为壳状地衣,其所属的乳嘴衣科为热带地区树皮上仅次于文字衣科的第二大丰富类群,目前中国对该属尚无系统性研究。通过处理广东采集的乳嘴衣属标本,扩增其ITS和LSU序列,构建系统发育树,揭示了该属的亲缘关系,并给出了该属中国报道种的相关描述和讨论,以及中国报道种的检索表。

1株海洋真菌Aspergillus sp.WHUF0313次级代谢产物及其活性研究

目的研究1株深海来源曲霉属真菌Aspergillus sp.WHUF0313的次级代谢产物及其生物活性。方法采用硅胶柱层析、Sephadex LH-20葡聚糖凝胶柱层析和半制备高效液相色谱等技术对该菌株的次级代谢产物分离纯化,并通过核磁共振波谱(NMR)、质谱(MS)等方法,结合相关文献对比鉴定化合物结构;分别采用肉汤微量稀释检测法和MTS细胞增殖与毒性检测法对化合物进行抗菌和肿瘤细胞毒活性测试。结果从Aspergillus sp.WHUF0313的发酵产物共分离得到9个化合物,分别为asperophiobolin G(1)、asperophiobolin F(2)、ophiobolin Q(3)、asperophiobolin H(4)、6-epi-ophiobolin G(5)、ophiobolin H(6)、6-epi-ophiobolin K(7)、6-epi-21,21-O-dihydroophiobolin G(8)和asperophiobolin J(9)。结论海洋真菌Aspergillus sp.WHUF0313能产生多种活性次级代谢产物,化合物4对小鼠黑色素瘤B16有一定的细胞毒活性,化合物6和7具有较强的抗多重耐药幽门螺杆菌和抗金黄色葡萄球菌活性,因此该菌具有开发为微生物源药物的潜在研究价值。

中国疱衣属地衣的初步研究

报道了中国疱衣科疱衣属一新记录种:类喜马拉雅疱衣(Phlyctis subhimalayensis S.Joshi&Upreti),提供了该种的形态特征描述和DNA数据支撑。还对中国已知的疱衣属物种进行了简要描述。同时讨论了近似种,编制了分种检索表,为疱衣属的进一步研究提供了基础资料。

中国微生物物种多样性研究进展

微生物是分布最为广泛的生命形式,几乎分布到地球上的所有生境,具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔,跨越热带至寒温带,气候条件多样,地理环境与生态系统类型复杂,是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究,并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种,其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种,而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。