环腺苷酸受体蛋白基因的过表达对刺糖多孢菌生长和多杀菌素合成的影响

【目的】利用全局性调控因子环腺苷酸受体蛋白（cyclic AMP receptor protein,Crp）基因在刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）中的过量表达,研究其对刺糖多孢菌生长及形态方面的影响,促进多杀菌素的生物合成。【方法】PCR扩增环腺苷酸受体蛋白基因（crp）,通过限制性酶切、连接方法构建中间载体pOJ260-cm-P_ermE-crp,使crp置于红霉素增强型启动子P_ermE的控制下;PCR扩增P_ermE-crp基因片段,利用Red/ET同源重组技术将P_ermE-crp亚克隆至实验室保藏的大肠杆菌-链霉菌穿梭载体pUC-spn上,构建成Crp表达载体pUC-spn-P_ermE-crp。然后,采用接合转移方法将重组载体pUC-spn-P_ermE-crp导入野生型刺糖多孢菌中,通过单交换同源重组将其整合至刺糖多孢菌染色体上,以染色体上整合了原始质粒pUC-spn的刺糖多孢菌作为对照菌株。利用PCR扩增阿伯拉霉素抗性基因及目的基因的方法鉴定阳性接合子;观察工程菌株及对照菌株在不同固体培养基中的生长及菌落形态差异,同时比较工程菌株及对照菌株在液体培养基中的生长情况,测定生长曲线。借用扫描电子显微镜观察工程菌株及对照菌株的菌丝体形态;采用高效液相色谱检测工程菌株及对照菌株中多杀菌素生物合成情况。【结果】采用分子生物学方法成功构建了Crp重组表达载体pUC-spn-P_ermE-crp,并通过接合转移导入到刺糖多孢菌中;PCR检测结果显示,工程菌株作为模板扩增出长约2 kb的cm-P_ermE-crp目的条带,说明crp已成功整合到刺糖多孢菌染色体上,并且获得的重组工程菌株S. spinosa-Crp遗传性能稳定。在BHI培养基和ISP-2培养基上,工程菌株S. spinosa-Crp孢子萌发及形成速率与对照菌株S. spinosa-1相比均有所延迟,但在R6培养基上两者生长速率及菌落形态无明显差异。与对照菌株S. spinosa-1相比,液体培养基中工程菌株S. spinosa-Crp二次生长现象消失,且生物量略高于S. spinosa-1。扫描电子显微镜结果显示工程菌株菌丝片段化程度较高,分支较少,有利于提高工程菌株S摇瓶发酵结果表明,工程菌株中的多杀菌素产量与对照菌株相比提高了128%。. spinosa-Crp发酵过程中的溶氧水平。【结论】crp的过量表达对刺糖多孢菌的菌丝形态及生长产生一定影响,并有效促进刺糖多孢菌中多杀菌素的生物合成,为通过其他正调控基因的超量表达促进多杀菌素的生物合成奠定了基础。     

拟无枝酸菌宿主构建及次级代谢基因簇异源表达

为将生长快、发酵时间短、遗传操作便捷的稀有放线菌拟无枝酸菌TNS106开发成异源表达宿主,通过同源重组将内源的瑞斯托霉素生物合成关键基因rpsA替换为ΦC31和ΦBT1噬菌体细菌附着位点attB,清除代谢背景并引入整合位点,得到菌株HXR1;将含有来自天蓝色链霉菌的放线紫红素基因簇或来自刺糖多孢菌的多杀菌素基因簇的质粒转到HXR1进行异源表达,检测发酵产物。结果显示,HXR1成功表达放线紫红素和多杀菌素;与红色糖多孢菌宿主LJ161相比,放线紫红素的产生提前1 d,产量提高1.3倍。拟无枝酸菌异源表达宿主HXR1可为从链霉菌和稀有放线菌中发现新的次级代谢产物提供有用的平台。     

多杀菌素发酵培养基的研究

【目的】以刺糖多孢菌C4-10-8B为试验菌株,对多杀菌素发酵培养基进行优化,以提高刺糖多孢菌的多杀菌素发酵产量。【方法】采用单因素和多因素试验,分别考察了不同碳源、氮源、前体、无机盐和微量元素对多杀菌素生物合成的影响,最后通过正交试验综合考察发酵培养基中各组分对多杀菌素产量的影响。【结果】葡萄糖是较优碳源,最佳质量浓度为40.0 g/L,当葡萄糖与糊精(质量比5∶2)复配时,多杀菌素产量较对照培养基提高18.35%;棉籽蛋白为最优氮源,25.0 g/L棉籽蛋白与15.0 g/L玉米蛋白胨或0.6 g/L硫酸铵复配时,多杀菌素产量分别较对照提高40.0%和45.3%;乙酸钠和谷氨酰胺质量浓度为1.0 g/L时,均能使多杀菌素产量较对照提高21.5%;K2HPO4对多杀菌素合成有明显的促进作用,在其质量浓度为2.5 g/L时,多杀菌素产量较对照提高24.5%;ZnCl2对多杀菌素合成也有促进作用,而MgSO4和CoCl2则显著抑制多杀菌素合成;通过2次正交试验获得最优发酵培养基,利用该培养基时多杀菌素产量可达395.54μg/mL,比对照提高了62.5%。【结论】多杀菌素生物合成的最优发酵培养基为:葡萄糖50.0 g/L,棉籽蛋白25.0 g/L,玉米蛋白胨20.0 g/L,(NH4)2SO40.8 g/L,谷氨酰胺1.25 g/L,乙酸钠0.8 g/L,NaCl 3.0 g/L,K2HPO42.5 g/L,FeSO450.0 mg/L,ZnCl225.0 mg/L,CaCO31.0 g/L。     

糖多孢菌属菌株的体内转座诱变系统

为实现糖多孢菌的体内转座诱变,采用刺糖多孢菌的强启动子促进Tn5转座酶基因tnp(5)的表达,优化链霉菌高效转座质粒pHL734,构建了转座质粒pJTn1、pJTn2、pJTn3、pJTn4、pJTn5、pJTn6。结果显示:pJTn1～pJTn6系列转座质粒均可在红色糖多孢菌中高效转座;pJTn1和pJTn5可在刺糖多孢菌中进行转座,获得31个刺糖多孢菌转座突变株;其中30个菌株的基因组中检测到标准的Tn5转座,8个突变株的多杀菌素产量显著降低。表明pJTn系列转座质粒可作为糖多孢菌的体内转座诱变工具,为抗生素的产量调控研究和高产育种靶标基因筛选提供理论依据。     

龙眼己糖激酶基因的克隆及原核表达

【目的】克隆龙眼Dimocarpus longan己糖激酶(Hexokinase,HXK)基因,并对其进行生物信息学分析及原核表达分析.【方法】以龙眼总RNA为模板,采用RT-PCR结合RACE法获得基因全长c DNA序列,构建p ET-32a-Dl HXK原核表达载体,转化到大肠埃希菌Escherichia coli Rosetta(DE3)中诱导表达.【结果和结论】成功克隆龙眼己糖激酶基因的c DNA全长序列,命名为Dl HXK,登录号为KF776906.1.龙眼Dl HXK序列全长2 101 bp,包括1个1 488 bp的开放阅读框,预测编码495个氨基酸;进化树和相似性分析发现,该基因与温州蜜柑Citrus unshiu的相似性最高,达到了82%;荧光定量表达分析表明,Dl HXK基因随着果实的发育成熟表达量逐渐上升;经IPTG诱导和SDSPAGE检测,所构建的原核表达载体表达的融合蛋白与预期蛋白大小相吻合.由此可见,利用RT-PCR结合RACE方法成功克隆了龙眼的己糖激酶基因,构建原核表达载体,并在大肠埃希菌Rosetta(DE3)中获得高效表达.     

链霉菌SH-62中肠菌素生物合成基因簇的克隆及异源表达

通过生物信息学分析,在链霉菌SH-62的基因组中发现一个Ⅱ型聚酮合酶基因簇(ents),与已报道的来源于Streptomyces maritimus的肠菌素生物合成基因簇具有高度的相似性。通过构建和筛选链霉菌SH-62的基因组细菌人工染色体(BAC)文库,克隆得到完整的ents基因簇。将ents基因簇导入白色链霉菌中进行异源表达,HPLC和LC-MS分析结果表明该基因簇负责肠菌素的生物合成,从而证实了ents基因簇的生物学功能。     

红色糖多孢菌GlnR转录调控因子在氮代谢中的功能研究

红色糖多孢菌是一种工业上规模化生产红霉素的放线菌。针对氮代谢中的重要转录调控因子GlnR展开相关功能研究,了解其作用机制。通过大肠杆菌克隆表达系统体外表达得到了GlnR蛋白,并用ESMA试验分析验证GlnR对amt-glnB和glnA1具有调控作用。这为探索红色糖多孢菌氮代谢调控机制和红霉素合成调控机制提供了一个新的突破点。     

刺糖多孢菌分批发酵动力学研究

利用摇瓶培养试验研究了刺糖多孢菌Saccharopolyspora spinosa的分批培养过程中生物量、培养液pH、葡萄糖消长、多杀菌素含量等因素的变化规律。利用MATLAB软件对试验数据进行非线性回归，拟合出了细胞生长动力学模型、基质消耗动力学模型和产物生成动力学模型，得到了细胞生长量、残糖量、多杀菌素产量在发酵过程中随时间变化的规律，相关系数分别为0．98934、0．99266和0．98635．拟合曲线95％置信度区间分析的结果表明，该模型能够很好的反映出刺糖多孢菌分批发酵的过程．     

小麦条锈菌GMPP基因克隆及其产物糖转运功能分析

【目的】探讨条形柄锈菌小麦专化型真菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst）中预测编码甘露糖-1-磷酸鸟苷酰转移酶（mannose-1-phosphate guanylyltransferase,GMPP）基因产物的糖转运功能。【方法】基于Pst转录组数据与NCBI中17个Pst基因组比对结果设计引物，筛选和克隆Pst的GMPP基因，命名为PsMT1，构建表达载体并导入酵母己糖转运缺失突变体EBY.VW4000，对获得的pDR196-PsMT1-EBY.VW4000重组酵母菌进行糖吸收功能互补测定。【结果】PsMT1基因的编码区为1 245 bp，编码414个氨基酸，等电点为6.05。构建的无根进化树显示PsMT1与小麦秆锈菌的GMPP单独聚为一个分支。在酵母己糖转运功能缺失突变体中表达PsMT1能恢复EBY.VW4000菌体在D-甘露糖为唯一碳源的固体培养基上生长。【结论】克隆了Pst的PsMT1基因，其异源表达产物具有转运甘露糖的功能，为研究糖转运蛋白介导Pst-小麦互作的机制奠定基础。     

硫藤黄链霉菌基因组表达文库的构建及筛选

为了探讨硫藤黄链霉菌中可能存在的次级代谢产物合成及调控机制,以链霉菌整合型质粒pJTU2554为载体,构建了硫藤黄链霉菌的基因组表达文库。以模式菌株变铅青链霉菌为异源表达宿主,通过生物活性筛选获得9株具有抑菌活性的异源表达突变菌株,同时通过PCR筛选获得多个含有聚酮合酶和非核糖体多肽合成酶基因的克隆子。TLC及HPLC-MS分析发现6个携带有aureothin生物合成基因簇的cosmid,通过异源表达在变铅青链霉菌中成功合成聚酮类抗生素aureothin,证实文库异源表达及筛选的有效性。     

卑霉素的合成途径及分子生物学进展

卑霉素为正糖霉素族的寡糖类抗生素,是一种新型的消化促进剂。本文对其理化特征、合成机制做了综述,同时介绍了与卑霉素相关的合成基因、抗性基因和编码糖差向异构作用的基因。     

拟南芥硫苷生物合成相关基因的组织和胁迫诱导表达谱的全基因组分析

【目的】分析拟南芥中硫代葡萄糖苷（Glucosinolatcs,简称硫苷）生物合成相关基因在不同组织器官、不同发育时期及不同生物和非生物胁迫处理条件下的表达谱,为筛选控制硫苷合成的关键基因、解析硫苷的生物合成规律及其在植物抗逆胁迫过程中的作用奠定基础。【方法】利用AtGenExpress和PLEXdb中的10组表达谱芯片数据和2组转录组数据分析拟南芥中硫苷生物合成途径82个结构基因和调控基因的时空表达特性及其受生物和非生物胁迫的表达模式;采用Real-time PCR技术对10个硫苷合成途径的关键结构基因和调控基因的表达谱进行验证;并利用STRING v10软件分析硫苷生物合成途径相关基因的表达模式的相关性。【结果】组织表达特性分析结果表明,拟南芥硫苷生物合成相关基因在营养器官和生殖器官中的表达模式差异较大,相关基因在营养器官中具有较高的表达量,在生殖器官中的表达量则较低,表明硫苷主要在营养组织中合成;其中脂肪族硫苷合成相关基因在茎、叶等地上营养组织中的表达量较高,而吲哚族硫苷合成相关基因则在根、茎、叶等地上和地下组织中均有较高的表达,且基因在同一组织的不同发育时期的表达量通常具有差异,表明基因的表达还具有时空特异性;荧光定量PCR分析结果证明10个硫苷合成途径代表基因的表达谱与芯片数据的结果保持一致;胁迫表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成相关基因的表达均受到部分生物和非生物胁迫因子的诱导表达,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到丁香假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）、甘蓝链格孢菌（Alternaria brassicicola）、桃蚜（Myzus persicae）等生物和低温（4℃）、高盐、高温（38℃）等非生物胁迫因子的诱导表达;共表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成分支途径内相关调控基因与结构基因的表达模式的相关性较高。【结论】拟南芥硫苷生物合成相关基因主要在营养组织中高表达,在种子中低表达;植物中存在一个硫苷转运系统,负责将营养组织中合成的硫苷转运到种子中贮藏;硫苷合成相关基因的表达受到病原菌、虫害、高温等逆境因子的影响,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到生物和非生物胁迫因子的诱导表达,说明吲哚族硫苷可能对植物抗性更为重要。     

白色链霉菌JA3453中垩唑霉素生物合成基因簇甲氧丙二酰ACP生物合成基因ozmF的遗传分析

恶唑霉素（oxazolomycin,OZM）是由白色链霉菌JA3453产生的杂合聚酮聚肽抗生素,其结构特征为螺旋链接的β-内酯/γ-内酰胺,垩唑环,（E,E）二烯和（Z,Z,E）三烯链。恶唑霉素具有抗肿瘤,抗病毒和一定的抗细菌的生物活性。前面工作中我们已经从白色链霉菌JA3453中定位了135kb的DNA区域,这个区域覆盖了整个ozm基因簇,对部分片段测序揭示了负责甲氧丙二酰ACP生物合成位点的6个基因。本文通过突变以及互补分析其中的甲基转移酶基因ozmF并证实其与恶唑霉素生物合成相关。这些结论有助于我们通过组合生物化学的方法产生新的OZM衍生物。     

大肠杆菌乙酰-CoA羧化酶基因异源表达对变铅青链霉菌次级代谢的影响

克隆组装了大肠杆菌的乙酰-CoA羧化酶基因acc,以研究其异源表达对变铅青链霉菌中2种“沉默”抗生素放线紫红素和十一烷基灵菌红素合成的影响。大肠杆菌ACC由4个基因编码,通过PCR扩增4个基因,并通过重叠延伸PCR加上ermE启动子,构建得到4个重组基因;再将重组基因依次组装得到异源表达质粒pHLZ11,接合转移到变铅青链霉菌中进行异源表达。结果显示：含有异源表达质粒的变铅青链霉菌接合转移子能合成放线紫红素而十一烷基灵菌红素产量提高。表明大肠杆菌acc基因异源表达能够激活变铅青链霉菌沉默抗生素的合成,并提高已有抗生素产量。     

美洲黑杨木质素生物合成转录因子PdLim1基因的克隆、表达及植物表达载体构建

在植物体内,Lim1基因与木质素生物合成酶基因启动子区域富含AC的Pal盒结合,转录调控木质素的生物合成过程。该研究组合利用生物信息学和realtime PCR方法,首次从美洲黑杨形成层cDNA中分离出PdLim1cDNA全长,并进行了测序和序列分析。结果表明,克隆的美洲黑杨PdLim1cDNA片段总长为952 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小为594 bp,可编码长度为197个氨基酸残基的蛋白质,所推导的蛋白质氨基酸序列与拟南芥AtLim1和水稻OsLim1蛋白的同源性分别为82.1％和78.2％。组织特异realtime PCR结果显示, PdLim1基因在杨树根、茎、叶片和顶端分生组织中均有表达,但其表达模式却不同:PdLim1在成熟叶片和成熟木质部中表达丰度最高,在树皮、根部、韧皮部和形成层表达丰度较高,在未成熟木质部有少量表达,在顶端分生组织中表达丰度最低。 在此基础上,以pBI121为表达载体,构建了在CaMV35S启动子驱动下,PdLim1基因的正义（pBI121-CaMV35S-sense PdLim1）和反义（pBI121-CaMV35S-antisense PdLim1）类型的双元植物表达载体。该研究为杨树PdLim1的基因工程改良木材纤维品质性状提供了重要的理论依据,具有潜在的应用价值。      

The calicheamicin gene cluster and its iterative type I enediyne PKS

The enediynes exemplify nature's ingenuity. We have cloned and characterized the biosynthetic locus coding for perhaps the most notorious member of the nonchromoprotein enediyne family, calicheamicin. This gene cluster contains an unusual polyketide synthase (PKS) that is demonstrated to be essential for enediyne biosynthesis. Comparison of the calicheamicin locus with the locus encoding the chromoprotein enediyne C-1027 reveals that the enediyne PKS is highly conserved among these distinct enediyne families. Contrary to previous hypotheses, this suggests that the chromoprotein and nonchromoprotein enediynes are generated by similar biosynthetic pathways.     

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。