武夷菌素生物合成调控基因wysPⅢ的功能

为了深入研究武夷菌素生物合成调控机理,通过筛选对武夷菌素产量有影响的基因,明确基因的功能,利用分子育种技术来获得武夷菌素高产菌株。本研究通过基因敲除和过表达技术,获得了wysPⅢ基因的缺失突变株、互补菌株和过表达菌株,验证了该基因在武夷菌素生物合成过程中的功能和武夷菌素产量的关系。结果表明:wysPⅢ基因的过表达菌株生长速率加快,产孢时间提前,而缺失突变株较野生菌株生长变慢,产孢量下降,孢子颜色由正常的深灰色变为灰白色,菌丝变稀疏,但是构建好的菌株与野生型菌株相比,武夷菌素产量没有显著变化。由此可知:wysPⅢ基因调节菌株的生长和产孢特征,而不影响武夷菌素的产量,过表达菌株生长速率加快可缩短武夷菌素发酵时间,降低生产成本。     

武夷菌素生物合成调控基因wysPIII的功能

为了深入研究武夷菌素生物合成调控机理,通过筛选对武夷菌素产量有影响的基因,明确基因的功能,利用分子育种技术来获得武夷菌素高产菌株。本研究通过基因敲除和过表达技术,获得了wysPⅢ基因的缺失突变株、互补菌株和过表达菌株,验证了该基因在武夷菌素生物合成过程中的功能和武夷菌素产量的关系。结果表明：wysPⅢ基因的过表达菌株生长速率加快,产孢时间提前,而缺失突变株较野生菌株生长变慢,产孢量下降,孢子颜色由正常的深灰色变为灰白色,菌丝变稀疏,但是构建好的菌株与野生型菌株相比,武夷菌素产量没有显著变化。由此可知：wysPⅢ基因调节菌株的生长和产孢特征,而不影响武夷菌素的产量,过表达菌株生长速率加快可缩短武夷菌素发酵时间,降低生产成本。     

武夷菌素产生菌CK-15遗传操作系统的优化

旨在优化武夷菌素产生菌不吸水链霉菌武夷变种CK-15的遗传操作系统,实现武夷菌素生物合成基因的高效敲除。以自杀性质粒pKC1132为载体,优化了外源DNA通过接合转移进入菌株CK-15的方法,确立了构建基因敲除突变株的最佳方案,最终成功得到了武夷菌素生物合成基因的双交换突变株。获得了菌株CK-15稳定高效的遗传操作系统,为进一步研究武夷菌素生物合成机理和对武夷菌素利用组合生物合成改造奠定基础。     

武夷菌素部分生物合成基因簇的克隆和分析

不吸水链霉菌武夷变种Streptomyces ahygroscopicus var.wuyiensis CK-15是从福建省武夷山土样中分离得到的一株链霉菌,其代谢产物武夷菌素对果蔬真菌病害具有良好的防治效果,但是因其产量低的缺点限制了武夷菌素工业化生产和农业生产中的应用。为了实现利用基因工程培育高产新菌株的目标,首先要获得武夷菌素的生物合成基因。根据大环内酯类抗生素聚酮合成酶基因设计引物筛选菌株CK-15的基因组文库,共获得9个阳性克隆。克隆和测序获得3个较长scaffold片段,序列总长度达53.291 kb,其中包含了14个可能阅读框,通过同源比对证实该序列与S.noursei ATCC 11455的制霉素生物合成基因有很高的同源性。本研究为进一步研究武夷菌素生物合成基因的功能,并通过基因工程培育高产新菌株奠定了基础。     

武夷菌素产生菌阻断突变株的筛选及分析

以不吸水链霉菌武夷变种Streptomyces ahygroscopicus var.wuyiensis为出发菌株,分别用亚硝基胍、氯化锂、微波为单一诱变剂,亚硝基胍和氯化锂为复合诱变剂进行处理,从亚硝基胍处理的菌株中筛选到1株丧失抑菌活性且性状稳定的突变株N1。突变株孢子丝为长螺旋形,孢子呈椭圆形,与出发菌株相比,在形态上没有显著变化且产孢量无变化。突变株的抑菌活性发生了显著变化,对所有8种供试菌株均无抑制作用。HPLC结果显示与出发菌株不同,突变株中抗生素的特征峰消失。本研究为今后开展武夷菌素合成途径和生物合成基因研究奠定基础。     

利用RecTE基因重组体系构建hrpS基因缺失型冠菌素工程菌株

冠菌素 (coronatine, COR) 是一种新型植物生长调节剂,能有效调控植物生长,增强植物抗逆性。目前冠菌素主要通过微生物菌株发酵的方式获得,而菌株自身产率低是限制冠菌素应用的最大问题。为了开发冠菌素高产菌株,本研究以模式菌株丁香假单胞菌番茄致病变种Pseudomonas syingae pv. tomato DC3000为出发菌株,利用RecTE基因重组体系对菌株Pst DC3000中hrpS基因进行了敲除,并成功筛选到基因重组菌株H1-20。对H1-20菌株进行发酵培养,结果表明,H1-20菌株中冠菌素的产量达到了22.67 mg/L,是出发菌株冠菌素产量的2.36倍。本研究通过RecTE基因重组体系,成功地构建了冠菌素工程菌株H1-20,为产冠菌素菌株提供了更多选择,为后续进一步开展冠菌素高产菌株改造工作奠定了基础。     

聚磷酸激酶基因的阻断对刺糖多孢菌生长及多杀菌素合成的影响

聚磷酸激酶基因(Polyphosphate kinase gene,ppk)是放线霉菌中的一种影响抗生素合成的全局性负调控因子,阻断该基因能显著提高其次级代谢产物产量。本文利用PCR扩增了刺糖多孢菌中的ppk基因中间片段,经酶切连接技术将其克隆到大肠杆菌-链霉菌穿梭载体pOJ260上,构建阻断型载体pOJ260-ppk;通过接合转移将该功能质粒导入刺糖多孢菌中,获得了遗传性能稳定的重组菌株S.sp-△ppk。对工程菌株的PCR检测结果显示,ppk基因片段已整合到刺糖多孢菌染色体上并成功阻断了该基因的表达。摇瓶发酵结果显示,工程菌株多杀菌素产量较原始菌株提高了122%。阻断聚磷酸激酶基因的表达对刺糖多孢菌的菌丝形态及生长发育产生了影响,并有效地促进该菌多杀菌素的生物合成。     

青枯菌GMI1000效应蛋白RipQ对致病力的作用研究

青枯菌通过Ⅲ型分泌系统向寄主植物细胞分泌100多种效应蛋白,对寄主植物的抗感病性产生影响。青枯菌效应蛋白RipQ启动子区存在典型的HrpB识别序列PIP box (5′-TTCGG-N15-TTCGC-3′),但其功能尚未明确。本研究分析了RipQ在青枯菌4种演化型菌株中的分布情况。以青枯菌GMI1000为出发菌,构建ripQ缺失突变体和过表达菌株,研究效应蛋白RipQ在青枯菌-番茄植物互作中的功能。结果显示,ripQ广泛分布于除演化型IV的不同青枯菌类群中。与野生型菌株相比,ripQ突变体在番茄上的致病力有一定程度的增强,而ripQ过表达菌株的致病力显著降低。突变体和过表达菌株在培养基中的生长与野生型没有区别,但过表达菌株在番茄体内的繁殖能力下降。RipQ过表达菌株侵染番茄后hrpB、hrpG和epsA基因表达量显著下调,且能够诱导番茄叶片H₂O₂的大量累积,过敏性坏死反应标志基因hin1和水杨酸信号通路标志基因PR1a的诱导表达。另外,在番茄上瞬时表达ripQ也可以观察到H₂O₂积累及叶片细胞坏...     

武夷菌素对番茄灰霉菌(Botrytis cinerea)的作用方式

 借助光镜和透射电镜观察了武夷菌素对番茄灰霉菌菌丝生长和分生孢子萌发的形态影响,结果表明,武夷菌素处理的菌丝异常生长,分生孢子萌发的芽管膨大缢缩,菌丝体内液泡增多;武夷菌素能引起菌丝细胞膜透性的变化,造成液体培养基电导率增加;同位素标记的¹⁴C-谷氨酸、³H-葡糖胺和³H-腺嘌呤掺入实验表明,武夷菌素能抑制菌丝蛋白质的合成,对细胞壁几丁质和核酸的合成没有影响。     

丁烯基多杀菌素高产菌株的巴龙霉素抗性筛选

为了提高须糖多孢菌Saccharopolyspora pogona的丁烯基多杀菌素产量水平,利用核糖体工程技术,对其进行巴龙霉素抗性筛选,在10×MIC巴龙霉素浓度下,分离得到巴龙霉素自发抗性突变株54株。通过对原始菌株和突变株代谢产物变化的初步研究发现,相比于原始菌株,丁烯基多杀菌素组分在抗性突变株中的合成能力有明显差异,有6株抗性突变株的产量明显高于原始菌株,约20%左右的突变株产量提高,约45%左右的突变株产量降低。其中突变株P-7的丁烯基多杀菌素产量提高幅度最大,相比原始菌株提高2.2倍。对巴龙霉素抗性突变株P-7进行DNA序列分析,在编码核糖体S12蛋白的rps L基因保守区域中发现点突变,第314位的C突变为A,由脯氨酸突变为谷氨酰胺;第320位的C突变为T,由丙氨酸突变为缬氨酸。     

武夷菌素高产菌株选育及应用研究进展

武夷菌素是一种具有自主知识产权的高效、广谱、低毒生物农药,对粮食、蔬菜和果树及经济作物的真菌病害具有良好的防治效果。本文分别从传统育种和基因工程育种两个方面,介绍了武夷菌素高产菌株的选育研究历程,尤其详细介绍了基因工程育种体系的构建。同时,综述了武夷菌素的田间防治效果,分析了研究和应用过程中存在的问题并提出了解决途径。     

甲基营养型芽胞杆菌G-1抗菌肽的分离及抑菌作用研究

为探索甲基营养型芽胞杆菌Bacillus methylotrophicus G-1抑制番茄灰霉病菌的作用机制，采用HPLC、LC-MS等对其分泌的抗菌肽进行分离鉴定，通过扫描电镜观测抗菌肽对番茄灰霉病菌菌丝形态影响，借助RNA-seq研究抗菌肽处理番茄灰霉病菌3、5 d后的差异表达基因。研究结果表明：甲基营养型芽胞杆菌G-1产生的抗菌肽主要为伊枯草菌素A。经菌株G-1抗菌肽处理后，番茄灰霉病菌菌丝生长异常，菌体畸形肿胀，内溶物外渗。基因差异表达分析表明，有40个基因在2个时期均差异表达。GO、KEGG富集分析发现，与萜烯合酶、氨基酸跨膜转运相关的15个基因在各时期均上调表达，与细胞表面受体信号通路、氧化还原酶、果胶裂解酶、单加氧酶等有关的25个基因在各时期均下调表达，其中编码琥珀脱氢酶（SDH）的Bcin02g06840基因及编码3-羟基-3-甲基戊二酸辅酶A还原酶（HMGR）的Bcin04g04450基因表达量显著下调。经qRT-PCR验证，8个差异表达基因的表达模式变化与转录组测序分析结果一致。研究表明菌株G-1抗菌肽可能通过抑制番茄灰霉病菌细胞膜组分中SDH、HMGR的合成抑制菌丝及孢子的生长。     

钙离子响应蛋白GCaMP6s在稻瘟菌中的异源表达

稻瘟病严重威胁全球水稻的产量,钙离子信号通路参与了稻瘟菌生长、发育和致病,了解这些过程中菌株细胞质中钙离子浓度的变化对稻瘟病的防治具有重要意义.GCaMP6s作为一种细胞质钙离子感受蛋白在动物和植物中已有大量应用.本研究利用不同稻瘟菌菌株构建了 GCaMP6s基因的异源表达菌株,在0.01 g/mL钙离子处理下,GCa...     

茄青枯假单胞菌一个毒性基因突变体的表型分析

花生植株致病性试验表明分离自花生的茄青枯假单胞菌菌株T2015的ORF3突变体T2135/R在花生上的致病性显著降低,说明该基因与病菌在花生上致病有关。T2135/R在培养基中生长繁殖与野生型T2015没有显著差别,T2135/R产生的胞外植物细胞壁降解酶类如纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶与T2015相比没有显著区别,说明该基因与病菌在培养基中的生长繁殖、病菌的胞外植物细胞壁降解酶的产生无关。     

刺糖多孢菌bldD基因过表达对多杀菌素合成及其孢子形成的影响

bld D基因是链霉菌中的全局性调控基因,调节菌体的形态分化与次级代谢产物的合成。本研究采用重叠延伸PCR将bld D基因置于红霉素强启动子(Perm E)的控制下克隆至大肠杆菌-链霉菌穿梭载体p UC-spn上,构建重组载体p UC-spn-Perm E-bld D;通过接合转移将其导入刺糖多孢菌中,获得遗传性能稳定的重组菌株S.spinosa-Bld D。平板培养观察发现,在BHI和TSB平板上,重组菌株的孢子形成受到明显抑制。摇瓶发酵结果显示,重组菌株多杀菌素产量相比对照菌株提高了1.35倍。因此,bld D基因的过量表达在一定程度上抑制刺糖多孢菌的孢子形成,并有效促进多杀菌素的生物合成,为研究其他正调控基因的过量表达促进多杀菌素的生物合成奠定了重要基础。     

番茄早疫病菌抗啶酰菌胺菌株细胞膜透性变化

为探究番茄早疫病菌Alternaria solani对啶酰菌胺产生抗性后膜透性的变化,采用菌丝生长法、可见分光光度法、电导率法和荧光猝灭法分别测定了抗、感菌株对NaCl渗透压的敏感性、胞内可溶性蛋白和糖的含量、膜渗透率及对啶酰菌胺的吸收量。结果表明:抗性(R-Bos)菌株在2.5 g/L NaCl浓度中生长最快,敏感(S-Bos)菌株则在5 g/L NaCl浓度中生长最快;在0~10 g/L NaCl浓度下,R-Bos菌株的生长明显快于S-Bos菌株,在20~80 g/L NaCl浓度下生长无显著差异;R-Bos菌株的可溶性蛋白和可溶性糖含量显著增高,分别达61.9%~105.2%和133.1%~161.9%;用啶酰菌胺处理菌株后,所有菌株的渗透率上升,膜透性增大,但R-Bos菌株的渗透率始终低于S-Bos菌株;且R-Bos菌株对啶酰菌胺的吸收量明显减少,为48.3%~49.9%。推测番茄早疫病菌对啶酰菌胺产生抗性后,胞内保水能力提高,对渗透压表现出耐受性,同时膜透性降低使得对药剂的吸收能力下降。     

武夷菌素对活体微生物农药的影响

本文以武夷菌素为主要对象,以牛津杯抑菌测试法和菌丝生长抑制法观察武夷菌素对几种常见的真菌类活体微生物农药之间的影响。武夷菌素对于真菌孢子的抑制试验结果显示,武夷菌素在高浓度处理下对球孢白僵菌的抑制作用显著大于金龟子绿僵菌,其中对球孢白僵菌的最小抑菌浓度为400 mg/L,对金龟子绿僵菌的最小抑菌浓度为200 mg/L。武夷菌素对绿色木霉、哈茨木霉、淡紫拟青霉菌丝生长率的抑制试验结果显示：武夷菌素100 mg/L浓度对于三种真菌菌丝生长的抑制率分别为64.6%、48.6%、39.2%,进行毒力回归方程计算,数据表明武夷菌素对绿色木霉的EC₅₀为57.13 mg/L,对哈茨木霉的EC₅₀为109.81 mg/L,对淡紫拟青霉的EC₅₀为170.03 mg/L。武夷菌素在防治病害过程中实际用药量约100 mg/L,会对金龟子绿僵菌、球孢白僵菌、绿色木霉、哈茨木霉和淡紫拟青霉产生不同程度的抑制,建议应错开使用。本研究所获得的结果对指导武夷菌素及活体微生物农药的生物防治应用具有重要的意义,为生物防治技术集成提供理论基础。     

GlnA基因对刺糖多孢菌生长发育及多杀菌素合成的影响

谷氨酰胺合成酶（GS，glutamine synthetase）是由GlnA基因编码的生物体中最古老也是最广泛存在的酶，它参与许多生物体中的氮和碳代谢，是生物体氮代谢的关键酶之一，对微生物的生命活动起着重要作用。本文研究了GlnA基因对刺糖多孢菌Saccharopolyspora spinosa的生长发育及次级代谢产物合成的影响，从刺糖多孢菌基因组中克隆了glnA 基因的部分片段，将其与穿梭载体pOJ260连接，构建敲除载体pOJ260-glnA，通过接合转移将其导入刺糖多孢菌野生菌中，获得刺糖多孢菌敲除菌株S.spinosa-△glnA；同时，利用重叠延伸PCR将glnA基因置于红霉素强启动子P_ermE下，并将融合片段P_ermE-glnA与穿梭载体pOJ260进行酶切酶连，构建过量表达载体pOJ260-P_ermE-glnA，通过接合转移将其导入刺糖多孢菌中，获得了刺糖多孢菌过量表达菌株S.spinosa-glnA。表型分析发现，glnA基因的敲除对刺糖多孢菌的菌丝形态、孢子萌发等方面都有显著的抑制作用。HPLC检测分析发现，过量表达菌株中多杀菌素产量相比原始菌株提高到170%；该研究表明glnA基因对刺糖多孢菌的生长发育与多杀菌素的合成有一定的影响，为研究其在链霉菌次级代谢过程中的作用奠定了重要基础。     

磷酸甘露酶基因的阻断对刺糖多孢菌的形态及其多杀菌素合成的影响

磷酸甘露酶(PMM)是由manB基因编码的广泛存在于真核生物中的蛋白酶,在糖代谢过程中磷酸-6-甘露糖可在磷酸甘露酶的作用下转化为磷酸-1-甘露糖,与细胞的初级代谢过程及次级代谢产物的合成过程密切相关,可通过对刺糖多孢菌中与初级代谢途径相关的基因进行分析改造,促使多杀菌素的合成显著提高。本研究在刺糖多孢菌基因组中克隆了磷酸甘露酶编码基因manB的部分片段,将其与穿梭载体pOJ260连接,构建了阻断型载体pOJ260-manB。通过接合转移将其导入刺糖多孢菌野生菌中,获得刺糖多孢菌突变菌株S.spinosa-△manB。将突变菌株接种至不同培养基,观察突变菌株与野生菌株的孢子形成情况,发现突变菌株的孢子萌发有所提前,且孢子产生量比野生菌略多;在HPLC上检测多杀菌素的产量发现突变菌株的产量相对于野生菌株提高了180%,这说明manB基因对刺糖多孢菌的生长发育有一定的影响,并对调控多杀菌素的合成具有重要作用。     

degQ和sfp提高芽孢杆菌泛革素产量及其机理研究

非核糖体合成途径产生的脂肽化合物泛革素(fengycin)在芽孢杆菌防治真菌病害中起着重要作用。本研究克隆了来自解淀粉芽孢杆菌模式菌株FZB42的sfp和来自枯草芽孢杆菌模式菌株168的多效调控因子deg Q,构建了p P43-deg Q、p MK3-sfp和p P43-deg Q-sfp 3个表达载体,分别转入不能产生泛革素的168菌株中,得到3株工程菌株。抑菌试验表明,168-deg Q-sfp活菌及其脂肽化合物提取物均能显著抑制油菜菌核病菌的生长,而168、168-deg Q和168-sfp不具备该活性。质谱检测表明,只有168-deg Q-sfp能产生泛革素。进一步的荧光定量反转录PCR检测结果表明,菌株168-deg Q-sfp的泛革素合成酶基因簇pps ABCDE的表达量是其他菌株的6~16倍,而菌株168-deg Q和168-sfp与菌株168无明显差异。该研究表明deg Q和sfp 2个功能基因共同存在时能提高泛革素合成酶基因簇的表达量,进而提高泛革素的产量。