生物合成基因簇

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anti SMASH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。

摘要： 目的解析利普斯他汀(lipstatin)高产菌株毒三素链霉菌AP617-N12CA(S.toxytricini AP617-N12CA)的基因组序列信息,为深入研究该菌株高产lipstatin的分子机理与调控机制奠定基础。方法联合应用三代单分子测序技术和二代高通量测序技术对AP617-N12CA菌株进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行进基因组组装、基因预测和功能注释,并对lipstatin及其他次级代谢产物生物合成基因簇进行分析预测。结果AP617-N12CA菌株整个基因组大约6.99Mb,GC含量73.76%,含有6134个编码序列;基因组由一条长约6.38Mb的线型染色体和一个长约0.61Mb的线型质粒组成;同时预测得到22个次级代谢产物合成基因簇,其中lipstatin基因簇定位在线型质粒右臂区域而非在染色体上。结论首次完成了AP617-N12CA菌株全基因组完成图绘制,在S.toxytricini菌中首次发现和描述了线型质粒,在线型质粒上定位并鉴定分析了lipstatin基因簇。为S.toxytricini的功能基因组学研究和lipstatin高产机理解析提供了基础数据,对后续相关研究具有重要意义。

摘要： 微生物天然产物一直是药物开发的重要源泉,而且目前仍是新结构天然产物的重要来源。但随着微生物天然产物基数的增加,重复发现已经成为制约其发展的主要因素,而基于生物信息学和化学信息学建立起来的基因组挖掘技术是解决这一问题的关键。近年来天然产物相关信息学研究一直处于加速发展阶段,为了使天然产物研究者能够及时了解并选择性使用这些信息学工具,以提高新化合物的发现效率,本文对近两年来微生物天然产物研究领域相关的信息学工具进行了综述。

摘要： [目的]新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins(A和B)分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性.作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为Ⅱ型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知.[方法]本研究对coprisidins的产生菌Streptomyces sp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径.[结果]Streptomyces sp.SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶(PKS)相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个Ⅱ型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KSβ (CopB)的序列比对表明coprisidins的Ⅱ型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链.[结论]Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由Ⅱ型PKSs催化形成,我们推测丁酰CoA是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架.本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了Ⅱ型PKSs合成产物的结构多样性.

摘要： 海洋环境具有高压、高盐、低营养、低光照、低氧的特征,因此相比于陆地来源的相同种属的真菌,海洋来源真菌具有更大的产生新型天然产物的能力。到目前为止,已经从海洋来源真菌当中分离得到了上万种化合物。曲霉属真菌作为目前研究最为深入的一个种属,深受研究人员的关注和重视。基因组挖掘技术的发展打破了传统化学分离手段的限制,为寻找新型天然产物提供了新的方法,已经被应用于海洋天然产物的发现当中。本篇文章对海洋来源曲霉属真菌天然产物进行了总结,并对基因组挖掘技术在海洋真菌天然产物发现中的应用进行了初步概括。基因组挖掘技术已经被应用于海洋真菌天然产物的开发当中,是海洋真菌及其天然产物开发的常用手段,加快了先导化合物和生物资源的研究效率。

摘要： 研究人员完成燕麦基因组草图绘制二倍体燕麦基因组特征分析图近日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心韩斌院士团队与英国约翰英纳斯中心研究团队合作完成了禾本科、燕麦属一年生草本植物二倍体燕麦Avena strigosa基因组序列草图的绘制,并完整地解析了抗微生物防御化合物燕麦素的生物合成基因簇。

摘要： 生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster,BGC)由多个(至少三个)行使不同催化功能酶的编码基因在染色体上相邻或是相近的位置组成.典型的生物合成基因簇负责生成一个或几个结构类似的生物活性特异性代谢物(specialized metabolite)[1].与原核生物基因组中常见的操纵子不同,植物基因组中的生物合成基因簇被认为是一种比较罕见的现象.

摘要： [目的]从珠江口沉积物来源的菌株SCSIO 40020中分离bafilomycins,并对其生物合成基因簇进行克隆和异源表达研究.[方法]通过分析菌株SCSIO 40020的16S rRNA基因序列并构建系统发育树以鉴定菌种,以柱层析法和制备色谱法对次级代谢产物进行分离纯化,借助波谱学手段完成单体化合物的结构鉴定,采用生物信息学分析定位bafilomycins的生物合成基因簇,通过筛选菌株SCSIO 40020基因组的细菌人工染色体文库和接合转移将bafilomycins生物合成基因簇导入3种链霉菌进行异源表达,利用高效液相色谱检测异源表达菌株的发酵产物.[结果]菌株SCSIO 40020被鉴定为链霉菌属菌株,从其发酵产物中分离鉴定了2个单体化合物bafilomycins A1和D.克隆了链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的生物合成基因簇并推导了其生物合成途径,在3种链霉菌中表达产生了bafilomycins.[结论]从珠江口环境中获得了一株产生bafilomycins的链霉菌SCSIO 40020,成功建立了该菌株次级代谢产物生物合成基因簇的异源表达体系,并首次在链霉菌Streptomyces lividans SBT18、Streptomyces coelicolor M1154和Streptomyces albus J1074中进行了表达,获得了bafilomycins,为后续bafilomycins结构类似物的生产和链霉菌SCSIO 40020中新结构活性化合物的挖掘奠定了基础.

摘要： 海洋来源真菌的天然产物因其独特的结构与生物学活性而备受关注,而利用基因组信息对其代谢产物进行深入挖掘也成为研究策略之一.[目的]本文以一株南海珊瑚来源的真菌Parengyodontium album SCSIO SX7W11为目标菌株,挖掘其生产聚酮类化合物的潜能.[方法]本研究利用Illumina Miseq技术对SX7W11菌株进行全基因组扫描测序,运用生物信息学手段对其基因组的生物合成基因簇进行预测和基因功能注释,挖掘可能产生新颖聚酮化合物的基因簇.对SX7W11进行放大发酵后,利用正相色谱、中压反相色谱、Sephadex LH-20凝胶色谱、HPLC半制备等分离手段分离纯化出单体化合物.再利用高分辨质谱(HR-ESI-MS)、1H NMR、13C NMR、X-ray单晶衍射等波谱手段确定化合物的结构,并根据生物合成基因簇对化合物的生物合成途径进行推导.[结果]全基因组扫描测序结果显示,P.album SCSIO SX7W11基因组大小为34.0 Mb,含有24个生物合成基因簇,包括6个聚酮合酶基因簇以及3个萜烯合酶基因簇.从发酵产物中分离鉴定到3个聚酮类化合物:emodin (1)、altemaphenol B(2)和sydowinin A(3),其中化合物3获得了单晶结构数据.通过生物信息学方法从菌株基因组中定位到了sydowinin A的生物合成基因簇.结合文献对emodin (1)、alternaphenol B(2)和sydowinin A(3)的生物合成途径进行了分析.[结论]本研究通过基因组挖掘及培养基优化,发现1株珊瑚来源的真菌P.album SCSIO SX7W11具有生产sydowinins类聚酮类化合物的能力,为该类化合物生物合成机制深入研究奠定了基础.

摘要： 肉座菌目虫生真菌合成的非核糖体多肽类天然产物具有抗菌、杀虫、抗癌、调节免疫等生物活性,在临床和农业等领域有重要应用价值.近年来,随着真菌基因组测序数量的迅速增加、注释和分析工具的不断进步,人们发现真菌基因组中存在大量产物未知的天然产物合成基因.准确有效地预测这些基因的功能,筛选最有潜力合成新颖天然产物的基因簇,可以提高天然产物挖掘的效率.本研究选取40株肉座菌目虫生真菌基因组,系统分析了编码非核糖体多肽合成酶的基因及基因簇.基于隐马尔可夫模型,预测了445个模块型非核糖体多肽合成酶和1243个类非核糖体多肽合成酶;通过提取腺苷酰化结构域,构建序列相似性网络,以已知功能的非核糖体多肽合成酶作为标签,利用马尔可夫聚类算法,分析了非核糖体多肽产物的主要类别,发现了可能合成线性多肽、环缩肽、脂多肽、生物碱等新型结构化合物的基因簇.研究结果不仅揭示了肉座菌目虫生真菌合成非核糖体多肽活性产物的巨大潜力,而且为通过激活沉默基因簇挖掘新产物、利用合成生物学手段改造合成途径提供参考.

摘要： 杀草菌素F是由链霉菌Streptomyces mobaraensis US-43产生的一个腺嘌呤核苷类的微量化合物.该化合物对哺乳细胞中TNF-α诱导的NF-κB表现出适度的抑制作用,表明该化合物在癌症预防方面具有潜力.这类化合物的结构虽早已确定,但其生物合成途径尚未见报道.金核霉素是杀草菌素F的同系物,它们的母核结构相同,但杀草菌素F比金核霉素多一个PKS和两个甲基化的后修饰.金核霉素的生物合成基因簇已基本确定,但其生物合成机制尚待阐明.

摘要： 青铜小单孢菌(Micromonospora chalcea,M.chalcea)FIM02-523能够合成对乏氧肿瘤细胞、艰难梭菌等具有活性的一组化合物Rakicidins.利用Illumina HiSeq高通量测序平台,本研究首次对M.chalcea FIM02-523进行全基因组测序,得到总长约6.74Mb的序列信息,利用AntiSMASH预测基因组中存在19个生物合成基因簇.结合Rakicidins化学结构特点,定位到了Rakicidins的生物合成基因簇,并初步推测其生物合成途径:以脂肪酸侧链作为起始物,甲基丙二酰COA、甲基丙二酰COA、丝氨酸、丙二酰COA、甘氨酸、天冬酰胺等依次参与生物合成,经环化与后修饰,最终形成Rakicidins.研究为M.chalcea FIM02-523的功能基因组学研究和代谢调控提供了理论基础.

摘要： 微生物产生众多结构和生物活性多样的次级代谢产物，其生物合成基因簇的克隆是药物创新和产量提高的必要前提。迄今为止已有超过150种生物合成基因簇通过各种方式被克隆，并被用于组合生物合成、体外糖类随机化、代谢工程的定向改造。我们研究已经克隆并测定了氨基糖苷类井冈霉素/有效霉素、多烯类抗生素FR008/克念菌素、聚醚类南吕霉素、聚酮类梅岭霉素、杂合聚酮多肽类口恶唑霉素等生物合成基因簇。深入的基因功能分析揭示了他们独特的生物合成途径和调节机理，为正在进行的组合生物合成结构改造和代谢工程产量提高奠定了基础。

摘要： 本论文对适冷菌SM9913分泌的胞外多糖进行了分离纯化和结构解析，对胞外多糖的生物合成基因簇进行了克隆和功能分析，并揭示了胞外多糖在促进适冷菌适应低温、寡营养和不断流动的深海极端环境中所起到的重要的生态学功能。

摘要： 本研究应用3-氨基-5-羟基苯甲酸(AHBA)基因保守序列在克隆苯醌类安莎霉素-格尔德霉素(geldanamycin)生物合成基因时，从该产生菌(Streptormyces hygroscopicus 17997)中，发现了另一个与萘醌类抗生素生物合成基因相似的基因簇;用根据保守序列所设计引物，对20株未定结构的具抗病毒活性抗生素产生菌基因组进行PCR检测，发现3个与安莎类化合物合成相关AHBA基因，推测为安莎类抗生素产生菌。

摘要： 壮观链霉菌CPCC200148是从我国浙江杭州土壤中分离并鉴定的一株大观霉素(spectinomycin,一种氨基环醇类抗生素)产生菌,该菌株还产生曲张链菌素(streptovaricin,一种安莎类抗生素).壮观链霉菌具有丰富的次级代谢产物产生能力.采用微生物化学方法,对壮观链霉菌CPCC200148产生的脂溶性次级代谢产物进行了系统挖掘,除了曲张链菌素(A、G和C等组分)外,鉴定了间环丙菌素(metacycloprodigiosin)、spectinabilin、SNF4435(C和D组分)等已知化合物,发现了一个TDD(tryptophan-dehydrobutyrine diketopiperazine)新构型化合物,以及一个新骨架化合物——杭肽霉素(hangtaimycin).其中,杭肽霉素属于吲哚二酮哌嗪、肽类和聚酮结构的杂合化合物,具有一定的抗细菌、抗真菌、抗病毒和抗肿瘤活性.

摘要： 壮观链霉菌CPCC200148是从我国浙江杭州土壤中分离并鉴定的一株大观霉素(spectinomycin,一种氨基环醇类抗生素)产生菌,该菌株还产生曲张链菌素(streptovaricin,一种安莎类抗生素).壮观链霉菌具有丰富的次级代谢产物产生能力.采用微生物化学方法,对壮观链霉菌CPCC200148产生的脂溶性次级代谢产物进行了系统挖掘,除了曲张链菌素(A、G和C等组分)外,鉴定了间环丙菌素(metacycloprodigiosin)、spectinabilin、SNF4435(C和D组分)等已知化合物,发现了一个TDD(tryptophan-dehydrobutyrine diketopiperazine)新构型化合物,以及一个新骨架化合物——杭肽霉素(hangtaimycin).其中,杭肽霉素属于吲哚二酮哌嗪、肽类和聚酮结构的杂合化合物,具有一定的抗细菌、抗真菌、抗病毒和抗肿瘤活性.

摘要： 壮观链霉菌CPCC200148是从我国浙江杭州土壤中分离并鉴定的一株大观霉素(spectinomycin,一种氨基环醇类抗生素)产生菌,该菌株还产生曲张链菌素(streptovaricin,一种安莎类抗生素).壮观链霉菌具有丰富的次级代谢产物产生能力.采用微生物化学方法,对壮观链霉菌CPCC200148产生的脂溶性次级代谢产物进行了系统挖掘,除了曲张链菌素(A、G和C等组分)外,鉴定了间环丙菌素(metacycloprodigiosin)、spectinabilin、SNF4435(C和D组分)等已知化合物,发现了一个TDD(tryptophan-dehydrobutyrine diketopiperazine)新构型化合物,以及一个新骨架化合物——杭肽霉素(hangtaimycin).其中,杭肽霉素属于吲哚二酮哌嗪、肽类和聚酮结构的杂合化合物,具有一定的抗细菌、抗真菌、抗病毒和抗肿瘤活性.

摘要： 壮观链霉菌CPCC200148是从我国浙江杭州土壤中分离并鉴定的一株大观霉素(spectinomycin,一种氨基环醇类抗生素)产生菌,该菌株还产生曲张链菌素(streptovaricin,一种安莎类抗生素).壮观链霉菌具有丰富的次级代谢产物产生能力.采用微生物化学方法,对壮观链霉菌CPCC200148产生的脂溶性次级代谢产物进行了系统挖掘,除了曲张链菌素(A、G和C等组分)外,鉴定了间环丙菌素(metacycloprodigiosin)、spectinabilin、SNF4435(C和D组分)等已知化合物,发现了一个TDD(tryptophan-dehydrobutyrine diketopiperazine)新构型化合物,以及一个新骨架化合物——杭肽霉素(hangtaimycin).其中,杭肽霉素属于吲哚二酮哌嗪、肽类和聚酮结构的杂合化合物,具有一定的抗细菌、抗真菌、抗病毒和抗肿瘤活性.

摘要： 本发明提供一种cluster26基因簇影响武夷菌素的合成；一种快速筛选、鉴定微生物功能基因簇的方法，包括如下步骤：第一步，选择目的基因；第二步，利用Gibson方法构建缺失目的基因的重组基因载体：1)设计目的基因扩增两个同源臂的引物，在引物上设有重叠区；2)对步骤1)中引物序列进行PCR扩增，获得左、右同源臂；3)选取质粒的酶切位点切割质粒，获得线性质粒；4)将步骤2)中的左、右同源臂组装到线性质粒上，得到组装产物；5)利用组装产物大量构建重组基因载体；第三步，利用重组基因载体构建突变株，验证目的基因是否为功能基因。本发明的有益效果是：利用该方法构建重组载体的时间缩短，加快菌株基因选育的进度。

摘要： 本发明涉及希瓦氏菌EPA合成基因簇及含该基因簇的基因工程菌。本发明获得了包含希瓦氏菌shewanella piezotolerans WP3的EPA合成基因簇的大肠杆菌基因工程菌并确定了基因簇负责EPA在WP3中的合成，该EPA合成基因簇包含有一个磷酸泛酰巯基乙胺转移酶(PPTase)基因和pfaA，B，C，D基因，基因转录量受到PfaA上游Fis型转录调控因子的调控。低温和高压条件能导致其提高EPA的合成。

摘要： 本发明提供一种cluster26基因簇影响武夷菌素的合成；一种快速筛选、鉴定微生物功能基因簇的方法，包括如下步骤：第一步，选择目的基因；第二步，利用Gibson方法构建缺失目的基因的重组基因载体：1)设计目的基因扩增两个同源臂的引物，在引物上设有重叠区；2)对步骤1)中引物序列进行PCR扩增，获得左、右同源臂；3)选取质粒的酶切位点切割质粒，获得线性质粒；4)将步骤2)中的左、右同源臂组装到线性质粒上，得到组装产物；5)利用组装产物大量构建重组基因载体；第三步，利用重组基因载体构建突变株，验证目的基因是否为功能基因。本发明的有益效果是：利用该方法构建重组载体的时间缩短，加快菌株基因选育的进度。

摘要： 本发明涉及基因工程领域。本发明公开一种海洋链霉菌卤化酶基因核苷酸序列，其特征为（a）含有SEQ ID NO.1所示核苷酸序列的核酸和SEQ ID NO.2所示氨基酸序列；和（b）与（a）所述核酸具有至少75％序列相同性、同时保留了卤化酶功能的核酸。本发明采用建立Fosmid基因组文库的方法，利用卤化酶基因的保守探针进行文库的PCR筛选，获得了新的卤化酶基因。与传统的SuperCos载体相比，Fosmid文库构建时不采用限制性酶切，避免了酶切位点的偏好性，而且其拷贝数低，更具有稳定性。利用PCR快速筛选Fosmid文库，成功获得了卤化酶基因的全长及其所在的基因簇。该基因簇共包括11个蛋白合成基因，其序列分别与非核糖体多肽合成酶基因，调节基因和转运蛋白基因等基因具有较高同源性。

摘要： 本发明涉及融合阿维菌素及红霉素合成基因簇的组合生物合成应用。编码一种新的抗生素阿维菌素结构类似物的生物合成涉及的基因包括：1)aver－1：504bp和aver－2：507bp，aver－C：651bp，Kan

摘要： 本发明提供了一种植物细胞分裂素狭霉素的生物合成基因簇及其生物材料以及在合成狭霉素中的应用，所述基因簇的核苷酸序列为SEQ ID NO:1中所示第255～8993位序列，以及SEQ ID NO:2中所示第91～8961位序列，共包含9个基因，其中agmA,agmB,agmC,agmD,agmE和agmF是狭霉素生物合成过程中的必须基因，agmT1和agmT2是编码转运蛋白的基因，agmR为调控基因。本发明提供了狭霉素生物合成基因簇及相关蛋白信息，揭示了核苷类抗生素狭霉素的生物合成机制，为进一步遗传改造提供了材料和方法。本发明所提供的基因及其编码的蛋白也可以用来体外合成狭霉素。

摘要： 提供了包含啶南平生物合成基因簇和标记基因的核酸构建体。所述核酸构建体允许以高生产力廉价地制备啶南平。

摘要： 本发明公开了生物碱cyanogramide的生物合成基因簇及其应用。本发明的来源于放线菌A.cyanogriseus WH1‑2216‑6(保藏编号为：CCTCC NO:M 2009277)的cyanogramide生物合成基因簇，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1的第393～13440位的碱基序列所示，包含10个基因；其中的P450氧化酶基因cyaH，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1的第10626～11843位的碱基序列的反向互补序列，编码P450氧化酶CyaH，其能以Fdx、Fdr和NADPH为辅因子催化cyanogramide D通过骨架重排生成cyanogramide。本发明所提供的包含cyanogramide生物合成相关的所有基因和蛋白信息可以帮助人们理解cyanogramide家族天然产物的生物合成机制，为进一步遗传改造提供了材料和知识。本发明所提供的基因及其蛋白质也可以用来寻找和发现可用于医药、工业或农业的化合物或基因、蛋白。

摘要： 本发明提供了一种植物细胞分裂素狭霉素的生物合成基因簇及其生物材料以及在合成狭霉素中的应用，所述基因簇的核苷酸序列为SEQ ID NO:1中所示第255～8993位序列，以及SEQ ID NO:2中所示第91～8961位序列，共包含9个基因，其中agmA,agmB,agmC,agmD,agmE和agmF是狭霉素生物合成过程中的必须基因，agmT1和agmT2是编码转运蛋白的基因，agmR为调控基因。本发明提供了狭霉素生物合成基因簇及相关蛋白信息，揭示了核苷类抗生素狭霉素的生物合成机制，为进一步遗传改造提供了材料和方法。本发明所提供的基因及其编码的蛋白也可以用来体外合成狭霉素。

摘要： 提供了包含啶南平生物合成基因簇和标记基因的核酸构建体。所述核酸构建体允许以高生产力廉价地制备啶南平。