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。     

乙基伊维菌素高产菌株选育及其发酵工艺优化

基因工程菌Streptomyces avermitilis AVE-H39产生的甲基和乙基伊维菌素(methyl and ethyl ivermectins),为新型高效低毒的阿维菌素(avermectin)衍生物,具有很好的开发应用前景。活性测试结果显示,乙基伊维菌素对朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus和松材线虫Bursaphelenchus xylophilus等农林作物害虫的活性优于甲基伊维菌素。鉴于菌株S. avermitilis AVE-H39的乙基伊维菌素产量低,制约了产业化开发,本研究经过多轮诱变选育,筛选获得了一株乙基伊维菌素发酵单位高的突变菌株,并通过Plackett-Burman试验设计及Box-Behnken设计-响应面法(response surface methodology, RSM)对该突变菌株的发酵培养基进行改良。经优化后的发酵条件为：玉米淀粉149.8 g/L,黄豆粉38.1 g/L,(NH₄)₂SO₄ 3.04 g/L,甘露醇30.0 g/L,酵母抽提物20.0 ...     

吸水链霉菌新种的筛选和鉴定

从土壤中分离得到一株产生对叶螨等有高活性抗生素的新链霉菌株。该抗生素对各种叶螨(红蜘蛛)、蚜类等都有较高的防治效果。通过对该菌株进行形态特征、培养特征、生理生化、细胞壁组份分析及16S rDNA序列分析,确定该菌种为吸水链霉菌的一株新菌,命名为冰城链霉菌(Streptomyces bingchengensis.n.sp.)     

人瘦素基因的克隆及原核表达

通过RT-PCR从人的脂肪组织中克隆了人OB基因,并将其在原核生物E.coli BL21(DE3)中重组表达,采用SDS-PAGE法检测表达情况,鉴定表达产物。结果表明,人瘦素在大肠杆菌中表达量占总蛋白的20%左右,为瘦素的进一步研究奠定了基础。     

绿磺隆、醚苯磺隆及其体外代谢物对乙酰乳酸合成酶的离体抑制作用

利用异源表达于酵母细胞中的小麦细胞色素P450cDNA(CYP71C6v1)研究了磺酰脲类除草剂绿磺隆、醚苯磺隆的代谢作用。结果表明,代谢产物5-羟基绿磺隆和5-羟基醚苯磺隆能够抑制乙酰乳酸合成酶(ALS酶)活性,且代谢产物与母体化合物绿磺隆、醚苯磺隆抑制ALS酶活性的IC50值差异小,但是代谢产物在茎叶喷雾小麦和菜豆时,均未表现出活性。绿磺隆及其代谢产物抑制小麦ALS酶活性的IC50值分别为7.1×10-9和7.9×10-9mol/L,抑制菜豆ALS酶活性的IC50分别为3.6×10-9和4.1×10-9mol/L;醚苯磺隆及其代谢产物抑制小麦ALS酶活性的IC50分别为4.6×10-9和5.3×10-9mol/L,抑制菜豆ALS酶活性的IC50分别为4.7×10-9和4.9×10-9mol/L。结果表明,在磺酰脲类分子苯环5位上进行结构改造,有可能得到高活性的化合物。     

多组学分析在解淀粉芽孢杆菌相关功能机制研究中的应用进展

解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)具有多种有益生物学特性,可产生多种抗菌活性物质,具有重要的生理生化功能,如生物膜形成与定殖、促进植物生长、诱导植物产生耐盐性等。综述了基因组、转录组和蛋白质组等多组学分析方法在解淀粉芽孢杆菌的抗菌活性、定殖、促生、植物耐盐性诱导等方面的研究进展。     

影响产氢发酵细菌B49产氢的部分因子研究

采用间歇培养实验,研究了部分因子碳源葡萄糖、氮源、菌龄、温度及pH值对产氢发酵细菌新菌种B49(Hydrogen-producingBacterialB49,AF481148inEMBL,简写HPBB49)生物产氢的影响。试验结果表明,以葡萄糖为碳源,其浓度10g.L-1时,HPBB49的葡萄糖利用率为100%,氢气产率为1.69molH2.mol-1葡萄糖;HPBB49不能利用无机氮源,有机氮是HPBB49生长、产氢的适宜氮源;菌龄影响HPBB49的产氢;B49产氢量随细菌生长OD值的增加而增加;HPBB49生长和产氢适宜温度均为35℃;B49最适生长的pH值约为4.5,最适产氢的pH值约为4.0。     

EPSP合成酶的纯化与制备

EPSP合成酶 ( 5 -烯醇丙酮酸莽草酸 - 3-磷酸合酶 )是除草剂靶标酶之一 [1 ] ,也是抗草甘膦转基因作物的关键性酶 [2 ] ,它催化一分子的莽草酸 - 3-磷酸 ( S3P)和烯醇式丙酮酸 ( PEP)成EPSP,从而导致芳香族氨基酸——色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的生物合成。 EPSP合成酶存在于细菌、真菌和植物中 ,但由于其性质的不稳定性、不均匀性和低丰度 ,造成分离纯化困难 [3] 。作者以菜豆 ( Phaselusvulgaris L .)幼苗为原料 ,经快速纯化 (整个纯化过程少于 1 .5 h)获得的EPSP合成酶产品能用于除草剂的筛选工作 ,为以 EPSP合成酶为靶标的生…     

耐草甘膦菜豆耐性酶学机理的研究

感性、耐性菜豆从萌芽到24d的EPSP合成酶比活性是不同的,但变化规律相似。出苗时比活性较高,10d时降至最低点,随后上升,16d时达到最高点,然后缓慢下降;两种菜豆在生长的同一天酶比活性差异小,最大倍数仅为1.1;用草甘膦处理两种三出复叶时的菜豆1d后酶比活性上升15%～25%。实验测定了经4步纯化,比活性达6219.4nmol· min-1· mg-1蛋白以上的两种菜豆EPSP合成酶的一些酶学性质。PEP是酶的最适底物,感性、耐性 Km(PEP)分别为3.5和7.1μmol· L-1,两者相差2倍,亲和力Ki(草甘膦)分别是6.2和 16.7μmol· L-1,两者相差2.7倍。两种菜豆对草甘膦耐性不同的酶学机理在于耐性菜豆的EPSP合成酶与草甘膦的亲和力小,与酶底物亲和力大;而感性菜豆EPSP酶则与草甘膦的亲和力大,与其底物亲和力小。     

合成生物学助力链霉菌天然产物农药创制与产业化

病虫草害防控是国家总体安全建设的重要组成部分。微生物天然产物农药是病虫草害绿色防控体系的重要成员, 在保障国家粮食安全、生态安全和农产品质量安全, 筑牢国家生物安全屏障中具有重要作用。链霉菌以能够产生丰富的次级代谢产物而著称, 是天然产物农药的资源宝库, 也是重要的天然产物药物的工业生产菌。然而, 随着病虫草害抗药性增强, 新发、突发病虫草害增多等问题不断涌现, 以及天然产物研究面临新骨架、高活性化合物发现难度增大, 工业菌株产量提升困难等瓶颈, 链霉菌天然产物农药创制与应用正面临巨大挑战。合成生物学作为一门交叉学科, 突破了生物学研究的传统模式, 为天然产物药物研发提供了新的思路与策略。本文综述了近年来合成生物学在链霉菌研究领域的技术革新, 以及合成生物学在推动链霉菌天然产物资源发现、天然产物高效生物制造等方面的研究进展, 并对合成生物学助力链霉菌天然产物农药的创制与产业化进行了展望。