Genomic analysis of antifungal metabolite production by <Emphasis Type="Italic">Pseudomonas fluorescens</Emphasis> Pf-5

The complete genomic sequences of several Pseudomonas spp. that inhabit the rhizosphere are now available, providing a new opportunity to advance knowledge of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) through genomics. Among these is the biological control bacterium Pseudomonas fluorescens Pf-5. Nearly 6% of the 7.07 Mb genome of Pf-5 is devoted to the biosynthesis of secondary metabolites, including antibiotics toxic to soilborne fungi and Oomycetes that infect plant roots, and two siderophores involved in iron acquisition. Three orphan gene clusters, for which the encoded natural product was unknown, also were identified in the genome of Pf-5. The product synthesized from one of the orphan gene clusters was identified recently using a new ‘genomisotopic approach’, which employs a combination of genomic sequence analysis and isotope guided fractionation. Application of the genomisotopic approach to one orphan gene cluster in Pf-5 resulted in the discovery of orfamide A, founder of a new group of bioactive cyclic lipopeptides with a putative role in biological control of plant disease.     

枯草芽孢杆菌B006对黄瓜枯萎病菌和辣椒疫霉病菌的抑制作用及其抗菌组分分析

枯草芽孢杆菌菌株B006发酵液的甲醇提取物对黄瓜枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum菌丝的抑制作用大于对辣椒疫霉病菌Phytophthora capsici菌丝的抑制作用;但对P. capsici游动孢子萌发的抑制作用明显大于对黄瓜枯萎病菌孢子萌发的抑制作用,提取物原液在5 min内可使辣椒疫霉的游动孢子全部崩解。提取物经60、90和120℃加热处理10 min后仍保持抑菌活性,其盐酸水解液在TLC层析板显现橙红色斑点,说明提取物具有环肽结构。HPLC-ESI-MS分析可得到m/z为995、1009、1023、1037、1051和1436、1450、1478和1492的质谱峰,与抗菌物质surfactin和fengycin的分子量大小一致。以终浓度为10^6 cfu·g^-1的接种量将B006菌剂施入无菌育苗基质中,在黄瓜和辣椒4～6片叶期时用固相萃取法提取根际的抗菌物质,并进行HPLC-ESI-MS分析,可从根际检测到surfactin和fengycin,但未从对照处理根上检测到脂肽类抗生素。本研究对理解枯草芽孢杆菌在田间状况下的防病机理有一定意义。     

Integrated Omics Strategy Reveals Cyclic Lipopeptides Empedopeptins from Massilia sp. YMA4 and Their Biosynthetic Pathway

Empedopeptins—eight amino acid cyclic lipopeptides—are calcium-dependent antibiotics that act against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus by inhibiting cell wall biosynthesis. However, to date, the biosynthetic mechanism of the empedopeptins has not been well identified. Through comparative genomics and metabolomics analysis, we identified empedopeptin and its new analogs from a marine bacterium, Massilia sp. YMA4. We then unveiled the empedopeptin biosynthetic gene cluster. The core nonribosomal peptide gene null-mutant strains (ΔempC, ΔempD, and ΔempE) could not produce empedopeptin, while dioxygenase gene null-mutant strains (ΔempA and ΔempB) produced several unique empedopeptin analogs. However, the antibiotic activity of ΔempA and ΔempB was significantly reduced compared with the wild-type, demonstrating that the hydroxylated amino acid residues of empedopeptin and its analogs are important to their antibiotic activity. Furthermore, we found seven bacterial strains that could produce empedopeptin-like cyclic lipopeptides using a genome mining approach. In summary, this study demonstrated that an integrated omics strategy can facilitate the discovery of potential bioactive metabolites from microbial sources without further isolation and purification.     

海洋枯草芽孢杆菌3512A抗真菌脂肽的分离纯化及结构特性鉴定

海洋枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis菌株3512A分离自中国南海柳珊瑚。抗菌谱研究表明,该菌对多种动植物病原菌都有很强的抑制作用。稳定性试验表明该菌株产生的抗真菌活性物质对高温、酸和弱碱具有一定耐受性。利用玉米纹枯病菌Rhizoctonia solani作为靶标菌,结合酸沉淀、快速柱色谱、HPLC等现代色谱手段,对菌发酵液中的抗真菌活性物质进行分离纯化,获得两个活性强的单一化合物,化合物1和3。排油圈试验、甲苯乳化试验、TLC原位酸水解,以及一维核磁共振氢谱1H-NMR等多种研究结果表明,化合物1和化合物3均为脂肽类化合物衍生物。     

纳豆芽孢杆菌固态发酵罗非鱼下脚料过程相关参数变化及产脂肽动力学

为了探明发酵参数与脂肽生成间的关系,实验以罗非鱼下脚料为主要基质接种纳豆芽孢杆菌,控制一定条件在三角瓶中进行固态发酵,测定发酵过程中菌体量、基质的温度、pH、水分含量、生物酶活性、蛋白含量及水解度和抗菌脂肽生成量;通过数学拟合建立底物消耗、菌体生长、脂肽生成的动力学模型,并分析各参数与脂肽生成和蛋白水解间的关系及其变化规律。结果显示,在下脚料固态基质中生长曲线为典型的S型,最大生长速率μm为0.2355×10~8 cfu/h,48 h菌体处于最大生长量,通过动力学模型拟合,符合Logistic模型。脂肽的生成趋势和菌体生长基本一致。同样符合Logistic模型,最大生成量为7.30 g/kg,最大生成速率为0.1112 g/h。在菌体生长过程中,基质中的蛋白酶活性在前期呈直线上升的趋势,48 h达到最高30 304.56 U/g,随后迅速下降。在菌体生长前60 h,基质中的粗蛋白含量呈直线下降,最终水解度达26.26%,蛋白消耗动力学模型符合物料衡算理论模型。发酵过程中,基质的温度、pH和水分会发生小幅波动。研究表明,脂肽生成和菌体生长是偶联型;蛋白酶是同步合成型,蛋白酶产量可以为后续二步酶解制备小肽提供充足酶源;建立的动力学模型拟合度好,可以用于描述发酵过程和脂肽生成规律。本研究为利用罗非鱼下脚料固态发酵生产抗菌脂肽和营养小肽复合型活性肽工业化生产调控提供了重要的理论依据。     

出芽短梗霉菌PA-2脂肽类物质抑菌活性及其发酵条件优化

探究出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans)PA-2脂肽类物质的抑菌活性,并以脂肽类物质的产量为响应值对其发酵条件进行优化,为脂肽类物质的生产与应用奠定理论基础。采用酸沉淀法对脂肽类物质进行粗提,通过原位酸水解-茚三酮显色法对脂肽粗提物进行定性检测,并用琼脂打孔扩散法对其抑菌活性进行测定,通过中心组合设计(central composite design,CCD)构建响应面对其发酵条件进行优化。最终初步判定粗提物为环状脂肽类物质;该物质对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)、大肠埃希菌(Escherichia coli)、樱桃球腔菌(Mycosphaerella cerasella)和大麦网斑病(Pyrenophora teres)具有明显的抑制作用,抑菌圈分别为3.65、1.95、2.15、1.35、2.18 cm;优化后的最适发酵条件为:接种量6.8%、转速216 r·min ^-1、温度26 ℃、装液量125 mL、pH 7。在此条件下模型预测的脂肽类物质产量为0.94 g·L ^-1,实际为0.92 g·L ^-1,比优化前的产量(0.61 g·L ^-1)提高了51%。优化后的发酵条件可提高脂肽类物质产量,降低发酵成本,可用于上述有抑制效果的菌株防治。     

解淀粉芽孢杆菌Lx-11产脂肽类物质鉴定及表面活性素对水稻细菌性条斑病的防治作用

【目的】对解淀粉芽孢杆菌Lx-11产生的脂肽类物质进行分离鉴定和水稻条斑病防效测定。【方法】根据脂肽类抗菌物质合成相关基因序列对Lx-11进行PCR扩增检测,采用MALDI-TOF-MS对脂肽类物质进行分析。【结果】通过3对特异性引物对Lx-11菌株检测,扩增产物经克隆、测序和BLAST分析,表明解淀粉芽孢杆菌Lx-11基因组中含有sfp、fenB、ituA或bamA基因。质谱分析发现提取的粗提物中含有surfactin、bacillomycin D和fengycin等3种脂肽类抗生素。通过构建surfactin突变体菌株,平板和盆栽试验显示突变体菌株抑制条斑病菌能力显著降低。【结论】解淀粉芽孢杆菌Lx-11产生的surfactin类物质对条斑病菌具有较强的抑制作用,是抑制条斑病菌主要物质之一。     

益生芽孢杆菌脂肽类抑菌成分的高效液相色谱-电喷雾串联质谱分析

本文旨在探明一株具有益生潜质的枯草芽孢杆菌N2-10对肠道菌的抗菌作用及其活性成分,为深入评价该菌株的益生功能和益生机理奠定基础。以常见的肠道致病菌和有益菌为指示菌,采用抑菌圈法对该菌株发酵液成分的抑菌活性进行测定,并通过高效液相色谱-电喷雾串联质谱(HPLC-ESI-MS/MS)对其中的活性成分进行分析。结果表明:枯草芽孢杆菌N2-10发酵液的氯仿和正丁醇提取液对供试菌无明显的抑制作用;脂肽类对大肠杆菌、痢疾杆菌和沙门氏菌等肠道致病菌表现出明显的抑菌作用,而对肠道有益菌保加利亚乳杆菌抑制作用很弱,对嗜热链球菌则无抑制作用。脂肽粗提物的HPLC-ESI-MS/MS分析结果显示,脂肽粗提物中的脂肽类抗生素为伊枯草素家族中的C14~C17抗霉枯草菌素(Mycosubtilin)的同系物。因此推断,枯草芽孢杆菌N_2-10对肠道致病菌产生抑制作用依赖于其产生的脂肽抗生素Mycosubtilin。