放线菌次级代谢产物合成基因簇异源表达体系的研究进展

基因簇的异源表达在放线菌次级代谢产物的发现、产量优化、生物合成途径的解析以及非天然代谢产物合成途径的构建中得到了广泛的应用,成为主要策略之一。近年来,随着高通量测序技术以及基因编辑技术的快速发展,大量的新颖次级代谢产物合成基因簇被发现,异源表达在研究放线菌次级代谢产物中起到越来越关键的作用。基于此,回顾了异源表达技术在次级代谢产物研究中的关键作用,并对其潜在的应用前景进行了展望,旨在为基因簇异源表达技术更为广泛的应用提供参考。     

梵净山土壤来源链霉菌Streptomyces sp.FJS11-2次级代谢产物分析及抗菌活性研究

为了分析链霉菌Streptomyces sp. FJS11-2菌株次级代谢产物及次级代谢产物抗菌活性筛选,采用UPLC-DAD-HRMS方法对其次级代谢产物进行组分分析.用纸片扩散法对菌株次级代谢产物进行抗菌活性测试,测试菌株为金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、粪肠球菌及布氏杆菌. UPLC-DAD-HRMS分析结果表明,该菌株含有多种未知代谢产物.且抗菌活性研究结果表明,该菌株代谢产物具有抗金黄色葡萄球菌、布氏杆菌活性. UPLC-DAD-HRMS分析结果及抗菌活性结果,为后续从该菌株次级代谢产物中发现活性良好、结构新颖的化学成分奠定基础,同时该方法也避免化学成分重复发现.     

阿维链霉菌中一个双组分调控系统SAV931/932功能初探

双组分调控系统是链霉菌次级代谢产物生物合成调控中的一种重要调控机制。基于生物信息学分析,位于阿维菌素生物合成基因簇上游的双组分系统SAV931/932可能对阿维菌素合成起调控作用。敲除SAV931/932导致阿维菌素的产量提高25%以上,且菌体在发酵前期生长加快。RT-PCR显示阿维菌素合成结构基因aveA1和aveA3及调控基因aveR的转录水平均上调,说明此双组分系统在一定程度上抑制了阿维菌素的生物合成。研究表明,双组分调控系统SAV931/932可能对阿维菌素合成起负调控作用,这为研究阿维链霉菌次级代谢调控以及改善阿维菌素生物合成提供了借鉴。     

Streptomyces albovinaceus DSM 40136中环二肽的盐胁迫发掘

该文选择陆生放线菌Streptomyces albovinaceus DSM 40136,结合菌株肽类次级代谢产物生物合成基因簇的分析,利用盐胁迫策略对其进行产物发掘,成功地利用添加海盐质量分数为3%的M-ISP4培养基激活菌株生产出具有多种生物学活性的环二肽Cyclo(L-Pro-L-Leu).该产物的发掘表明:利用海盐胁迫策略可有效应用于陆生放线菌次级代谢潜能的激活,且新产物的发掘也为环二肽生物合成研究及代谢工程改造提供了良好的出发菌株.     

红树林来源真菌生物碱类天然产物研究进展

海洋天然产物在药物开发方面一直发挥着非常重要的作用。红树林作为特殊的生态系统,蕴含着丰富的微生物资源,是新型药物先导化合物发现的优质天然资源宝库。红树林来源真菌生物碱通常结构新颖,生物活性显著,是理想的新药先导化合物,具有良好的研究和应用价值。近年来,红树林来源真菌生物碱类天然产物研究日益发展,本文根据生物碱的不同来源,按照鸟氨酸系、色氨酸系、苯丙氨酸系、邻氨基苯甲酸系、二酮哌嗪类以及其他类生物碱进行分类,总结了2015-2021年红树林来源真菌中挖掘到的116个新颖的生物碱类次级代谢产物及其生物活性,拟为红树林来源真菌生物碱类次级代谢产物的研究提供参考。     

红树林来源内生真菌活性产物研究进展

红树林植物是生长于热带和亚热带海岸和河口潮间带的木本植物群落,海陆边缘生态 系统的独特生境使得红树林来源内生真菌具有独特的遗传背景和代谢途径,蕴藏着结构新颖、活 性显著的次级代谢产物。本文综述了近年来红树林来源内生真菌代谢产物的结构特点及抗肿瘤、 抗炎和抗菌等生物学功能的研究进展,以期为红树内生真菌来源新型天然药物的开发提供参考。     

药用植物中四环三萜皂苷合成生物学研究进展

萜类化合物是药用植物中结构和生物活性多样化的一类大分子化合物,是自然界中广泛存在的次级代谢产物,主要应用于食品、保健品、医药等领域。生物信息学和分子生物学研究的不断深入,极大促进了药用植物四环三萜皂苷的生物合成途径解析与关键功能基因的挖掘鉴定。本文对常见药用植物四环三萜皂苷的生物合成学研究现状展开论述,重点介绍以药用植物四环三萜皂苷为代表的几类化合物的分子合成机制和生物合成研究进展,为人工构建、优化微生物“细胞工厂”,高效合成稀有、高附加值的四环三萜类化合物,推动药用植物资源可持续利用等提供参考。     

海洋微生物次生代谢的生理生态效应及其生物合成机制研究

研究可望取得海洋微生物新物种、新基因、新结构、新机制和新功能研究的重大突破,全面提升我国海洋微生物次生代谢科学研究的水平。属重要科学前沿交叉综合研究。海洋微生物是最具优势和特色的海洋生物资源。海洋微生物的研究,关乎海洋生物资源的国家权益保障、创新药物的资源安全、生态环境安全与健康修复和国家重大科技战略。海洋微生物次生代谢的研究是创新药物和生态环境健康修复的基础,也是组合生物合成技术的起点。组合生物合成技术将为海洋微生物产业提供健康、快速、和谐发展的新途径。围绕"海洋微生物的特有次生代谢过程及其生物学意义"关键科学问题,选择我国特有海洋环境和特色海洋生态系统的微生物类群,关注物种多样性和遗传多样性,发现具有生理与生态学效应的新颖次生代谢产物,研究海洋微生物的关键次生代谢过程和主要功能基因,揭示生物合成途径和调控机制,发展基因重组技术、代谢工程技术,丰富生物合成基础理论,开发组合生物合成新技术,从而为创新药物和特色环保制品的开发奠定基础。     

海藻共附生真菌活性天然产物研究进展

海藻共附生真菌次级代谢产物结构类型多样、骨架新颖、活性丰富,为新型海洋药物先导化合物的发现提供了宝贵的来源。本文以生物活性对海藻共附生真菌来源的天然产物进行分类,从抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗炎、浮游生物抑制等方面,对2006年以来报道的海藻共附生真菌来源的112个活性天然产物进行概述,为海藻及其共附生微生物的进一步研究与开发提供参考。     

蒲公英内生真菌的抗菌活性物质筛选

蒲公英中获得强抗菌活性的内生真菌,分析其次级代谢产物的化学结构,为新颖抗菌 活性天然产物的发现奠定基础。通过滤纸片法筛选获得抗菌活性目标菌株,采用形态学和分子生 物学方法鉴定真菌的种属,并采用质谱-分子网络技术预测真菌的次级代谢产物的化学结构。从 21株形态各异的蒲公英内生真菌中筛选获得了1株抗菌活性较好的菌株2-7,粗提物对4种金黄色 葡萄球菌在10 μg/片浓度下抑菌圈为10.82~17.58 mm,其种属鉴定为Alternaria sp.,该真菌可代谢 产生黄酮、甾体、生物碱、脂肪酸、丁内酯、萜类等化合物,其中黄酮分子簇中的部分母离子可能为 潜在的新化合物。     

黄曲霉毒素生物合成调控机制的研究进展

黄曲霉毒素生物合成调控机制的研究,对于理解真菌次级代谢物生物合成的调控机制及发展真菌毒素控制将起到重要的作用。真菌基因组学及其他组学技术的快速发展为我们挖掘基因组信息、获取基因表达谱继而为黄曲霉毒素生物合成调控网络及其他真菌次级代谢机制的研究提供基础。真菌次级代谢基因的表达需要不同类型的转录因子进行调控,包括通路特异性转录因子、全局性转录因子及应答各种环境信号的广泛转录因子等,对这些转录因子功能的研究加快了我们对黄曲霉毒素生物合成代谢调控机制的认识。本文主要综述了利用基因组信息对黄曲霉毒素生物合成代谢调控机制中的各类转录调控因子研究现状,并对本实验室多年来在黄曲霉毒素生物合成调控机制方面的研究进行了介绍。     

濒危肉叶金腰内生真菌Cladosporiumsp.J6次级代谢产物研究

研究濒危藏药肉叶金腰内生真菌Cladosporium sp.J6次级代谢产物。采用硅胶、LH-20凝胶、C-18反相硅胶及HPLC等柱色谱技术对Cladosporium sp.J6的次级代谢产物进行研究;采用波谱分析及与文献比对等方法进行化合物结构鉴定;结果从肉叶金腰内生真菌Cladosporium sp.J6的发酵提取物中分离得到5个化合物,分别鉴定为alternariol(1)、alternariol 5-O-methyl ether(2)、β-咔啉(3)、尿嘧啶(4)和尿嘧啶核苷(5)。关于金腰属植物内生真菌次级代谢产物研究是首次报道。     

青霉菌组蛋白去乙酰化酶基因的敲除及其次级代谢产物变化

丝状真菌尤其是青霉菌Penicillium代谢的各类次级产物日趋成为研制新药的重要来源,很多药物如抗癌药物、抗生素、免疫抑制剂等均来源于真菌。然而真菌次级代谢受多因素的影响,其中表观遗传修饰起到重要的调控作用。组蛋白乙酰化表观遗传修饰常与转录激活相关,从而促进次级代谢产物的合成。以青霉属真菌Penicillium christenseniae SD-193.84为研究对象,利用生物信息学手段确定其组蛋白去乙酰化酶（HDAC）基因,建立该菌中同源重组基因敲除技术,对该基因进行敲除,并比较了基因敲除前后次级代谢产物的变化,发现HDAC影响了多种次级代谢产物的合成。本研究为青霉菌分子遗传操作及次级代谢调控提供了参考。     

一株海泥来源真菌Talaromyces flavus 210331次级 代谢产物及其抗氧化活性

为从Talaromyces 属中获得更多生物活性显著的次级代谢产物,对一株红树植物白骨 壤（Avicennia marina）根际海泥来源真菌Talaromyces flavus 210331的次级代谢产物及其抗氧化活性 进行研究。综合利用正相硅胶柱层析、Sephadex LH-20凝胶柱层析、半制备HPLC等色谱分离技 术,对该菌发酵产物的乙酸乙酯萃取物进行次级代谢产物分离纯化;综合运用NMR、MS波谱对纯 化的次级代谢产物进行结构鉴定,并评价鉴定次级代谢产物的抗氧化活性。结果显示从真菌T. flavus 210331 中分离鉴定 7 个单体化合物,包括 2 个异香豆素类化合物 hypoxymarin C（1）和 peniciisocoumarin F（2）,1个联烯类化合物penicilactone A（3）,4个苯衍生物diorcinol（4）、p-hydroxybenzaldenhyde（5）、trans-ferulic acid（6）和agidol 10（7）。抗氧化活性测试结果表明化合物1~3具有 显著的抗氧化活性,其IC50值分别为（0.180±0.025）、（0.180±0.037）和（0.230±0.013） mmol/L,强于 阳性对照trolox［IC50=（0.290±0.011） mmol/L］。     

添加前体对2株真菌次级代谢产物及其生物活性的影响

为探究添加前体物质对红树植物杨叶肖槿(Thespesia populnea)来源内生真菌Talaromyces sp.YX-001和Penicillium sp.YX-002次级代谢产物及其生物活性的影响,选取马铃薯葡萄糖液体(Potato Dextrose Broth, PDB)培养基和察氏(Czapek′s)培养基,分别在其中添加2种前体物质(甲戊二羟酸和酪氨酸),采用12孔板对菌株进行微量发酵培养。通过分析菌株次级代谢产物的产量、HPLC指纹图谱、乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制活性、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除活性和卤虫致死活性,探究添加前体物质前后菌株次级代谢产物的化学多样性和生物活性的变化情况。结果表明：添加2种前体物质均可使菌株次级代谢产物的产量和化学多样性增加,但生物活性的变化有所不同。酸性环境可能会促进菌株中具有较好DPPH自由基清除活性的次级代谢产物的合成,但其具体机制还有待进一步研究。本研究为深入研究杨叶肖槿内生真菌Talaromyces sp.YX-001和Penicillium sp.YX-002的次级代谢产物奠定了基础。     

海洋琼胶降解菌FG15基因组从头测序分析

为充分了解琼胶降解菌FG15的基因功能和代谢途径,本研究使用SOAP de novo 2.04对Illumina Hiseq2000平台测序产生的基因片段进行了拼接和组装,同时利用Glimmer 3.02来预测基因的开放性阅读框,并采用蛋白质直系同源基因簇(COG)、基因本体数据库(GO)以及京都基因和基因组百科全书(KEGG)的数据来预测其基因功能,获得了代谢途径.结果表明:FG15的基因组大小为5.10 Mb,G+C含量为44.58%,共有38条Scaffolds,4 922个开放性阅读框,82个tRNA,2个rRNA;通过COG分析可将菌株FG15注释到22种COG功能类型,主要包括细胞代谢、细胞信号转导等;利用GO注释可将FG15注释到3大类39个GO功能亚类上;KEGG分析能将其定位到154个代谢通路中,包括物质代谢、次生代谢产物的生物合成等.次生代谢产物的合成代谢途径精确显示,FG15能合成青霉素和头孢菌素,且其与抗生素抗性实验的结果一致.研究结果为FG15功能基因组学的研究和相关次级代谢产物的生物合成途径以及异源表达的研究提供了理论基础.     

南海红树林内生真菌Aspergillus sp.9H次级代谢产物的研究

对南海红树林内生真菌Aspergillus sp.9H的次级代谢产物进行研究。利用土豆培养基对菌种进行培养,综合采用多种柱层析技术从Aspergillus sp.9H的次级代谢产物中分离得到了5个单体化合物,运用质谱、核磁等现代波谱技术鉴定其结构分别为brefeldin A(1),methoxyvermistatin(2),6-demethylvermistatin(3),purpurester A(4)和十一烷酸甘油酯(5)。其中化合物2,3,4均为首次从曲霉属海洋真菌中分离得到。     

Gliovirin家族:发现、抗菌活性和合成进展

天然产物gliovirin家族是属于真菌次级代谢产物epipolythiodiketopiperazines (ETPs)中的一类特殊生物碱,除了特征性的α-,β-硫代二酮哌嗪桥环外,还包含一个高度官能团化的cis-1,2-恶嗪十氢萘并环.至今为止,该家族已有30余个结构被分离报道,大多具有重要的抗菌活性.其新颖的化学结构和多样的生理活性,吸引了合成化学家的广泛关注.介绍了该家族天然产物的分离鉴定、生理活性、初步的生理活性作用机制研究和生源关系,并对已知的全合成和1,2-恶嗪十氢萘骨架的构建策略进行了归纳总结.     

青藏高原珍稀大型真菌亚东木耳菌丝发酵条件研究

为了更好地开发利用西藏珍稀大型真菌亚东木耳,对亚东木耳菌丝生长和次级代谢条件进行研究。考察了不同培养基成分和培养条件对亚东木耳菌丝生长速度、生物量和次级代谢产物产量的影响。结果表明,可溶性淀粉、酵母浸粉和CaCl₂分别为亚东木耳生长代谢的较佳碳源、氮源和无机盐,维生素B₁、B₂对菌丝生长无明显促进作用。较佳培养温度为26℃,较佳培养时间为63d,菌丝生长较佳初始pH值为7.0,较佳次级代谢初始pH值为6.0。HPLC图谱分析结果表明,次级代谢产物种类多达200余种,其中初始pH值和温度条件对次级代谢多样性的影响较为明显。     

山蛩虫(Spirobolus bungii Brandt)共生菌SQ12的次生代谢产物研究

动植物内生菌的次级代谢产物往往种类繁多、骨架新颖、生物活性多样,已成为发现新的生物活性物质的重要来源.本文以山蛩虫(Spirobolus bungii Brandt)共生菌SQ12为研究对象,通过液体发酵培养获得次生代谢产物,利用高效薄层色谱和高效液相色谱技术分离出5个化合物,借助ESIMS和NMR等技术鉴定为:S-dehydrocurvularin(1)、11-α-methoxycurvularin(2)、11-β-methoxycurvularin(3)、11-α-hydroxycurvularin(4)、11-β-hydroxycurvularin(5).