一株海洋来源Streptomyces sp. SCSIO 1682中那西肽(nosiheptide)的分离鉴定及其生物合成基因簇分析

目的 对一株海洋来源的菌株SCSIO 1682进行16S rDNA分子生物学鉴定,对发酵产物中的抑菌活性化合物进行分离鉴定,并对抑菌活性化合物的生物合成基因簇进行分析。方法 通过构建基于16S rDNA序列的系统发育树来进行菌株鉴定;通过有机溶剂萃取、正相和反相硅胶层析等化学分离手段对菌株SCSIO 1682的次级代谢产物进行活性追踪分离纯化;运用HR-ESI-MS,₁H和₁₃C NMR等波谱手段对所得化合物进行结构解析;通过对菌株SCSIO 1682进行全基因组扫描测序鉴定所得化合物的生物合成基因簇。结果 该菌株被鉴定为Streptomyces sp. SCSIO 1682,所得抑菌活性化合物为那西肽,鉴定了那西肽的生物合成基因簇并进行生物信息学分析。结论 从海洋链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 1682中分离鉴定了那西肽,那西肽生物合成基因簇的鉴定为利用组合生物合成和合成生物学技术对那西肽进行结构改造提供了新的基因资源。     

海洋放线菌Streptomyces costaricanus SCSIO ZS0073中fungichromin生物合成基因簇的分析鉴定

目的 对分离自我国广西红沙红树林湿地公园的放线菌菌株Streptomyces costaricanus SCSIO ZS0073进行基因组测序分析,并对其生产的制霉色基素(fungichromin)的生物合成基因簇进行分析鉴定。 方法 对S. costaricanus SCSIO ZS0073菌株进行基因组提取,利用Highseq4000和PacBio SMRT技术相结合的手段对该菌株进行了基因组完成图测序;利用生物信息学方法对基因组进行注释并寻找fungichromin的生物合成基因簇,对fungichromin生物合成骨架基因fgmJ1进行置换突变,确定fungichromin生物合成基因簇,结合fungichromin结构特征和其基因簇内遗传信息及聚酮化合物的生物合成原理,对其生物合成途径进行推测。 结果 全基因组测序发现S. costaricanus SCSIO ZS0073菌株基因组含有一条线性染色体和一个圆形质粒,基因组含有36个次级代谢产物生物合成基因簇。利用基因敲除手段对fungichromin的生物合成基因簇进行了确认并进行了生物合成途径推导。 结论 fungichromin生物合成基因簇的确定和生物合成途径的推导为该化合物的基因工程改造研究奠定了分子基础。     

深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652遗传操作系统的建立

目的建立深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652菌株的遗传操作系统,通过基因阻断研究次级代谢产物的生物合成途径。方法在对该菌株的全基因组进行测序的基础上,以基因组序列中编码非核糖体肽合成酶(Non-ribosomal peptide synthetase,NRPSs)的基因s102-A和s63-A为目标基因,利用PCR-targeting介导的基因置换技术构建了重组质粒,在加有3%海盐的培养基上,通过ET12567/pUZ8002属间接合转移导入SCSIO 00652野生菌。结果接合子通过一代、二代松弛培养都无法得到双交换突变菌株,松弛培养四代后经抗性筛选,双交换率明显提高,PCR分析结果显示s102-A基因和s63-A基因均被成功阻断,HPLC分析结果显示突变株的发酵产物与野生型菌株有一定的差异。结论成功建立了深海放线菌M.thermotolerans SCSIO 00652的遗传操作系统,为对其它基因进行遗传学操作奠定了基础。     

海洋放线菌SCSIO 07745中红霉素衍生物的分离、鉴定和生物合成基因簇的分析

目的：对从中国南海沉积物样品中分离的放线菌SCSIO 07745中抑菌活性次级代谢产物进行研究,并对相应产物的生物合成基因簇进行分析。方法：提取菌株SCSIO 07745基因组DNA,利用Illumina Hiseq和PacBio SMRT技术进行基因组测序;通过对16S rDNA序列进行分析构建系统发育进化树以鉴定菌种;以有机溶剂萃取得到发酵产物并利用正相反相柱层析等色谱手段进行分离纯化;通过波谱数据分析对化合物进行结构鉴定。利用生物信息学技术对基因组进行注释并对合成该化合物的基因簇进行定位分析,推导其生物合成途径。结果：该放线菌被鉴定为糖多孢红霉菌Saccharopolyspora erythraea,从其发酵产物中分离鉴定了2个大环内酯类化合物sporeamicin A(1)和erythromycin A enol ether(2)。全基因组序列测序发现该菌株基因组DNA为线状,含有31个次级代谢产物生物合成基因簇,其中基因簇3可能负责红霉素衍生物的生物合成,并对其生物合成途径进行了推导。结论：筛选得到了1株产生红霉素类化合物的海洋糖多孢红霉菌S. erythraea SCSIO 07745,为红霉素类抗生素的开发提供了新的菌株资源。同时,该菌株的全基因组序列为其蕴藏的次级代谢产物的挖掘奠定了基础。     

双组分转导系统CNX_RS34865/CNX_RS34870对安丝菌素生物合成的调控机制研究

摘要：目的 探究珍贵束丝放线菌(Actinosynnema pretiosum)中双组分转导系统CNX_RS34865/CNX_RS34870对A. pretiosum中 安丝菌素P-3(AP-3)生物合成的调控机制。方法 本研究以A. pretiosum X47菌株为出发菌株,构建双组分转导系统CNX_RS34865/ CNX_RS34870中调控基因CNX_RS34870的缺失突变菌株;利用HPLC分析及生物活性测定分析出发菌株X47与CNX_RS34870突 变菌株(ΔRS34870)的AP-3产量差异;利用转录组测序分析菌株之间各基因的转录水平差异,分析CNX_RS34870对菌株AP-3生物 合成的影响及作用机制。结果 与出发菌株X47相比,ΔRS34870菌株在液体发酵条件下AP-3生物合成量显著下降,在第6天时, ΔRS34870菌株AP-3产量降低了36.94%。转录水平分析显示ΔRS34870菌株中1524个基因的转录较X47明显不同,其中AP-3生物合 成基因簇中的asm1、asm2、asm30、asm32、asm33、asm34、asm35和asm37基因以及与初级代谢中与AP-3前体合成相关的pgk基因 出现了显著下调。结论 CNX_RS34870是菌株AP-3生物合成的正调控基因,可通过调控AP-3生物合成基因簇的转录以及影响初级 代谢从而影响AP-3的产生。本研究将为了解AP-3生物合成的调控网络以及工业菌株的遗传改造提供理论指导。     

人参皂苷生物合成相关糖基转移酶研究基本策略及进展

人参、西洋参和三七等传统中药材因其广泛且良好的药理活性一直倍受关注,而人参皂苷是其主要活性成分。糖基转移酶是催化人参皂苷生物合成最后一步的关键酶。人参皂苷苷元经过糖基转移酶的修饰,产生了复杂多样的人参皂苷,从而具有广泛的药理活性。目前人们已通过合成生物学技术实现了人参皂苷苷元和稀有人参皂苷compound K的合成。人参皂苷苷元的糖基化作为人参皂苷生物合成途径的最后一步,是整个合成途径中最重要的环节之一,近年来也取得了一些研究进展。本文介绍了人参皂苷生物合成途径中相关糖基转移酶研究的基本策略,并对相关进展进行了综述,为人参皂苷生物合成途径的深入解析及通过合成生物学途径获得人参皂苷提供理论参考。     

植物皂苷生物合成中UGT功能研究进展

植物皂苷(Saponins)是广泛存在于绝大多数植物体中不可或缺的一类次生代谢产物。其中多种植物皂苷具有重要的药理活性。尽管皂苷的生物合成途径还未彻底解析,但近年来,皂苷生物合成途径研究,尤其是合成途径下游多基因家族编码酶催化的反应,取得了很大进展。目前,已在个别植物中克隆到了催化个别单体皂苷生物合成的UGT基因,其功能研究取得了一定进展。本文就皂苷合成途径下游催化皂苷元糖基化的糖基转移酶基因克隆和功能研究做一综述,为加快皂苷生物合成途径的解析提供借鉴。     

脱氧糖组合生物合成的研究进展

天然活性物质的糖基对其发挥生物活性十分重要。目前已从许多抗生素产生菌中分离出各种糖生物合成基因簇以及糖苷转移酶基因，对其生物合成途径的认识也不断深入。近年的研究结果表明抗生素的糖合成酶和糖苷转移酶具有一定的底物宽泛性。本文在总结脱氧糖生物合成基因及糖苷转移酶基因的发展概况基础上，重点综述了运用组合生物合成技术改造脱氧糖分子结构的研究进展。     

改造糖基侧链合成新型抗生素的研究进展

［摘要］放线菌抗生素核心结构普遍存在糖基化,糖基在抗生素药理作用的发挥中起到了非常重要的作用。随着抗生素糖基合成基因簇研究的深入,运用现代基因工程技术,借助糖基转移酶的底物灵活性,已实现了多种抗生素糖基侧链的改造,进而合成新结构的抗生素。文中详细介绍了目前抗生素糖基侧链改造的主要方法,以及运用基因工程技术对糖类合成途径进行调控以产生新型糖基化衍生物的研究进展。     

透明颤菌血红蛋白基因的克隆及其在林可链霉菌中的表达

目的通过将透明颤菌血红蛋白基因vgb克隆到林可链霉菌染色体黑色素生物合成基因m elC位点,使m elC基因被破坏失活,vgb基因实现表达同时提高林可霉素产量。方法构建大肠杆菌-链霉菌重组质粒pYHT04,通过接合转移实验将重叠延伸PCR得到的具有红霉素抗性基因启动子的透明颤菌血红蛋白基因,以双交换的方式整合进林可链霉菌黑色素生物合成基因m elC中。采用不同装瓶量摇瓶发酵,HPLC检测发酵液中林可霉素含量。结果重组菌株颜色变浅,CO结合差光谱显示在420 nm处有明显吸收峰,随着装瓶量的增加重组菌株发酵液中林可霉素效价与对照菌株相比降低幅度较小。结论重组菌株m elC基因失活不能继续合成黑色素,vgb基因得到表达并表现出生物学功能,限氧条件下重组菌株发酵液中林可霉素效价高于对照菌株,有希望应用于工业发酵生产。     

海鞘来源放线菌Streptomyces pratensis SCSIO LCY05中skyllamycins的发现及其生物合成分析

目的 挖掘海鞘来源放线菌 Streptomyces pratensis SCSIO LCY05生产含肉桂酰独特结构单元的skyllamycins类环肽的潜能,并深入分析skyllamycins生物合成基因簇的新特征.方法 利用Illumina Hiseq和Pacbio SMRT测序平台对S.pratensis SCSI...     

海洋芽孢杆菌大环内酯糖基转移酶BmmGT1底物广谱性探究

目的 对海洋芽孢杆菌B-9987中糖基转移酶BmmGT1糖基受体的广谱性进行探究。方法 以UDP-D-葡萄糖为糖基供体,与不同糖基受体进行体外酶促反应,通过高效液相色谱(HPLC)检测反应产物,并采用高分辨质谱(HRMS)手段对糖基化产物进行初步鉴定。结果 糖基转移酶BmmGT1能够以UDP-D-葡萄糖为糖基供体,识别两性霉素B以及氯霉素,分别生成两性霉素B双糖基化和单糖基化衍生物以及氯霉素单糖基化衍生物得到三个糖基化产物。结论 糖基转移酶BmmGT1具对糖基受体的选择具有灵活性,可作为潜在的工具酶用于化合物结构多样性研究。     

Discovery of thiazostatin siderphores from Streptomyces sp. HMU0027 with a genomic DNA-based PCR assay targeting nonribosomal peptide synthetase

Nonribosomal peptides (NRPs) represent a large family of natural products with great diversities of chemical structures and biological activities. The peptide backbones of NRPs are synthesized by nonribosomal peptide synthetases (NRPSs) that minimally consist of one adenylation (A) domain, one peptidyl carrier protein (PCP) and one condensation (C) domain. In this study, we carried out a PCR screening and identified 21 “positive” strains from 100 actinomycete strains with the degenerate primers designed from the conserved sequences of A domains of NRPSs. One of the 21 “positive” strains, Streptomyces sp. HMU0027, was selected for large-scale fermentation (9 L) based on HPLC analysis, and subsequent isolation and structural elucidation afforded seven NRPS-synthesized thiazostatin siderophore analogues (1–7).Compound 1 was a new compound containing an unusual linkage between a phenolate siderophore and a sugar moiety. These results laid the foundation for further biosynthetic research of these thiazostatin analogues and highlighted the power of genome mining technologies based on biosynthetic knowledge in NRP discovery.     

Cloning of the biosynthetic gene cluster for naphthoxanthene antibiotic FD-594 from Streptomyces sp. TA-0256

FD-594 is an unique pyrano[4',3':6,7]naphtho[1,2-b]xanthene polyketide with a trisaccharide of 2,6-dideoxysugars. In this study, we cloned the FD-594 biosynthetic gene cluster from the producer strain Streptomyces sp. TA-0256 to investigate its biosynthesis. The identified pnx gene cluster was 38143 bp, consisting of 40 open reading frames, including a minimal PKS gene, TDP-olivose biosynthetic genes, two glycosyltransferase genes, two methyltransferase genes and many oxygenase/reductase genes. Most of these enzymes coded in the pnx cluster were reasonably assigned to a plausible biosynthetic pathway for FD-594, in which an unique ring opening process via Baeyer-Villiger-type oxidation catalyzed by a putative flavin adenine dinucleotide (FAD)-dependent monooxygenase, is speculated to lead to the unique xanthene structure. To clarify the involvement of pnx genes in the FD-594 biosynthesis, a glycosyltransferase, PnxGT2, and a methyltransferase, PnxMT2, were characterized enzymatically with the recombinant proteins expressed in Escherichia coli. As a result, PnxGT2 catalyzed the triple olivose transfers to the FD-594 aglycon with TDP-olivose as the glycosyl donor to afford triolivoside. Surprisingly, in the PnxGT2 enzymatic reaction, tetraolivoside and pentaolivoside were significantly detected along with the expected triolivoside. To our knowledge, PnxGT2 is the first contiguous oligosaccharide-forming glycosyltransferase in secondary metabolism. Furthermore, addition of PnxMT2 and S-adenosyl-L-methionine into the PnxGT2 reaction mixture afforded natural FD-594 to confirm that the PnxGT2 reaction product was the expected regiospecifically glycosylated compound. Consequently, the identified pnx gene cluster appears to be involved in FD-594 biosynthesis.     

锡林郭勒盟高原盐湖放线菌资源勘探及抗菌活性筛选

摘要：目的 探究锡林郭勒盟高原盐湖放线菌的多样性、新颖性及抗菌活性,为新型抗菌活性产物的发掘储备菌种资源。方 法 采用20种分离培养基,以平板涂布法分离放线菌;依据16S rRNA基因的同源性对菌株进行分子鉴定;PCR检测代表菌株的I型聚 酮合酶(PKS I)、II型聚酮合酶(PKS II)和非核糖体多肽合成酶(NRPS)功能基因;菌株的发酵液上清和菌体分别经乙酸乙酯和丙酮提取, 提取样品经纸片扩散法进行抗菌活性检测。目标菌株合成次级代谢产物的能力通过antiSMASH对基因组序列进行分析预测。结果 从 7份盐湖土壤样品中分离获得了365株放线菌,其分布于放线菌纲的8个目15个科28个属,优势菌属为链霉菌属和拟诺卡菌属。分离获 得的链霉菌新颖性突出,13株链霉菌与近缘菌株16S rRNA基因的最高相似度≤98.0%,推测其归属于10个链霉菌属新种。受试放线菌 对革兰阳性菌的抗菌活性显著,并从中筛选出3株抗菌作用强且抗菌谱较广的链霉菌;20株受试放线菌同时含有3种抗生素生物合成基 因。菌株XMNu-295基因组含有24个潜在的次级代谢产物生物合成基因簇,以聚酮类、非核糖体多肽类和萜烯类等为主。结论 锡林 郭勒盟高原盐湖中可培养放线菌多样性较为丰富,新颖性突出,目标菌株值得进一步开展次级代谢产物的化学研究。     

Isolation and structure elucidation of vicenistatin M, and importance of the vicenisamine aminosugar for exerting cytotoxicity of vicenistatin

A new analogue of vicenistatin was isolated from the producing strain Streptomyces sp. HC-34. A characteristic of the elucidated structure involved the existence of a neutral sugar mycarose instead of an aminosugar vicenisamine of vicenistatin. The absolute stereochemistry of the new analogue (named as vicenistatin M) was determined by the synthesis of D-mycarose and of vicenistatin M itself. Biological testing of vicenistatin M suggested the importance of vicenisamine for exerting the cytotoxicity of vicenistatin.