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蜂王浆主要蛋白在蜜蜂级型分化的结构和功能研究

蜂王浆主要蛋白在蜜蜂级型分化的结构和功能研究

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：李敏田文礼陈忠周中国农业大学生物学院北京食品营养与人类健康高精尖创新中心中国农业科学院蜜蜂研究所

蜜蜂的级型分化是一种典型的表观遗传现象,指基因完全一致的雌性幼虫在不同的条件下发育成生殖个体蜂王和非生殖个体工蜂。现在的研究发现原因是幼虫的食物供给上存在明显的差异。不同的营养条件或差异性饲喂是引发蜂王和工蜂幼虫发育... 详细信息

蜜蜂的级型分化是一种典型的表观遗传现象,指基因完全一致的雌性幼虫在不同的条件下发育成生殖个体蜂王和非生殖个体工蜂。现在的研究发现原因是幼虫的食物供给上存在明显的差异。不同的营养条件或差异性饲喂是引发蜂王和工蜂幼虫发育命运根本改变的基础,蜂王是一生都食用蜂王浆,而工蜂只是在孵化后的头3天食用蜂王浆,后期的食物是由蜂蜜和蜂花粉制成的蜂粮。MRJP1蛋白是蜂王浆中含量最多的蛋白,对蜜蜂本身的生长发育和级型分化起着关键的作用。发现MRJP1单体是蜂王浆中决定蜜蜂级型分化的关键因子1。MRJP1单体在果蝇上有类似的效果。研究发现,MRJP1单体能激活一种叫做p70 S6激酶,这个激酶对幼虫体型的变大有重要的作用,它能够增加细胞分裂素活化蛋白激酶的活性,缩短虫体发育时间并提高卵巢管发育必需的保幼激素水平。敲除蜜蜂和果蝇脂肪体中的表皮生长因子受体(EGFR),能阻碍MRJP1单体诱导的所有形态变化。蜂王浆也是一个天然的具有生物活性绿色产品,对人类有着重要的医疗保健作用:具有抗菌、抗氧化和衰老、降血压、降低胆固醇、抗疲劳、提高细胞免疫系统功能以及预防骨质疏松等作用2。本文3首次解出多个天然蜂王浆MRJPs的结构,其中MRJP1低聚体蛋白的结构含有4个MRJP1分子,4个小肽apisimin分子以及8个24-亚甲基胆甾醇分子组成,主要以疏水相互作用和氢键结合,其中apisimin小肽起关键的连接作用(图1)。两个MRJP1单体通过C末端与多肽apisimin和24-亚甲基胆甾醇相互作用组成MRJP1二聚体,进一步通过apisimin小肽形成四聚体。每个MRJP1的结构是采用经典的六叶β-折叠组成螺旋桨式结构,与其它蛋白的结构和序列同源性很低,结构分析表明apisimin结构是一种新的模体。另外还含有3个二硫键。结构中首次发现具有降低胆固醇功效的24-亚甲基胆甾醇可以形成一个大的蛋白复合物,启着稳定和储存MRJP1的作用,为阐明其在蜜蜂中的重要生物学功能及探明对人的医疗保健中的作用提供分子结构基础。

关键词：蜂王浆 MRJP1 晶体学结构功能

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预测neurexin和neuroligin基因突变在自闭症发病机制中潜在作用

预测neurexin和neuroligin基因突变在自闭症发病机制中潜在作用

引用

2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：薛凯俞李健顾霜霖谢维东南大学生命科学研究院发育与疾病相关基因教育部重点实验室

哺乳动物突触黏附分子Neuroligin(Nlg)和Neurexin(Nrx)之间形成跨突触的复合体,它们在突触的形成、成熟、可塑性中起着重要的作用。家系分析发现neuroligin基因的突变与自闭症等精神疾病发生存在关联,neurexin基因在自闭症中的遗传贡献... 详细信息

哺乳动物突触黏附分子Neuroligin(Nlg)和Neurexin(Nrx)之间形成跨突触的复合体,它们在突触的形成、成熟、可塑性中起着重要的作用。家系分析发现neuroligin基因的突变与自闭症等精神疾病发生存在关联,neurexin基因在自闭症中的遗传贡献度接近1%。临床基因组学研究发现在各类精神疾病患者中存在大量的neurexins和neuroligins的突变。然而,这些基因上的点突变对蛋白质的结构和功能的影响并不清楚。因此,在本研究中,我们首先系统地收集了已报道的在自闭症患者基因组中的Nrx和Nlg两基因的各类突变,数据主要来自人类基因突变数据库(Human Gene Mutation Database),该数据库全面收集了已报道的自闭症患者的Nrx和Nlg的基因突变。随后,我们通过MEGA7.0分析了Nrx和Nlg在不同物种间的保守性,以及人类Nlg和Nrx在各类剪切方式下的氨基酸序列的保守性,发现这两个基因家族在种间与种内都呈现保守性,且53个点突变绝大多数处于高度保守的位置。为了研究这些点突变的危害程度,我们采用MutationTaster、Polyphen-2及Provean三种点突变功能预测工具初步筛选有害突变,三种工具的预测结果基本一致,约3/4的点突变很有可能会对蛋白质的结构和功能产生影响。在蛋白质结构方面,我们从PDB中搜索结构已知的NRX/NLG复合蛋白,并将已知的点突变引入野生型NRX-1β/NLG4复合结构(PDB ID:2WQZ)中,利用Schrodinger软件Bioluminate模块对突变蛋白质结合的亲和力和稳定性进行分析。结果表明,在该复合物所涉及的7个点突变中,Nlg4的593号氨基酸由亮氨酸替换为苯丙氨酸会引起该复合物亲和力和稳定性有较大变化,可能会影响NRX-1β与NLG4的结合,进而导致突触功能异常。综上所述,我们使用生物信息学方法系统地分析了与自闭症相关的重要突触分子Nrx和Nlg基因突变,通过分析突变序列所在的位点的进化保守性以及突变导致蛋白结合的亲和力和稳定性的改变,筛选出重要的候选突变。我们的研究为进一步探索基因突变在自闭症形成的过程中的作用和机制,提供了新的线索。

关键词： neurexin neuroligin 自闭症点突变生物信息学预测

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小麦抗白粉病基因Pm6的精细定位及其候选基因的克隆

小麦抗白粉病基因Pm6的精细定位及其候选基因的克隆

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：万文涛肖进李梦利唐雄王海燕王秀娥南京农业大学细胞遗传所作物遗传与种质创新国家重点实验室

小麦白粉病是小麦白粉病菌引起的真菌病害,严重危害小麦生产安全。抗白粉病基因Pm6来源于四倍体提莫菲维小麦,定位于2G染色体长臂,携带Pm6基因的渐渗系作为白粉病抗源应用于小麦育种,研究表明该基因对白粉病的抗性表现为生育期依赖的成... 详细信息

小麦白粉病是小麦白粉病菌引起的真菌病害,严重危害小麦生产安全。抗白粉病基因Pm6来源于四倍体提莫菲维小麦,定位于2G染色体长臂,携带Pm6基因的渐渗系作为白粉病抗源应用于小麦育种,研究表明该基因对白粉病的抗性表现为生育期依赖的成株期抗性,苗期中感,四叶期及以后表现出高抗。前期研究发现,由于携带的2G渐渗片段与小麦2B相应区段存在重组抑制,阻碍了对Pm6的精细定位。本研究首先通过比较基因组学分析,将渐渗系IGV1-465中携带Pm6的渐渗片段锚定在中国春参考基因组染色体2BL 68Mb的物理区间内,根据基因组序列开发了30个2G特异的分子标记。为克服该重组抑制,本研究中利用小麦中国春部分同源配对控制基因Ph1b突变体(CSph1b)与渐渗系杂交,回交,诱发部分同源染色体重组。在利用基因型为Pm6pm6ph1bph1b衍生的次级分离群体的1650个单株中,筛选出182个重组单株,并根据标记分析结果分成14个单倍型。结合重组单株的基因型和接种白粉菌E26后的抗性表型,将Pm6定位在两个标记(SSR56和WWT709)之间,之间,对应于中国春参考基因组的0.9Mb物理区间。该区间包括3个抗病相关基因,分别命名为G1、G2和G3。对3个基因在两个生育期受白粉菌E26诱导后表达模式发现,在三叶期,G1和G3在诱导后36h表达量达到峰值;在五叶期,G1和G3在诱导后18h表达量达到峰值,推测G1和G3的提前表达可能与生育期抗性有关。利用VIGS沉默G3基因提高了IGV1-465对白粉菌E26的感病性。进一步在IGV1-465野生型及其EMS诱变获得的感白粉病突变体中克隆三个基因,发现只有G3在野生型及突变型之间点突变。因此,我们将G3作为Pm6的候选基因。

关键词： Pm6 精细定位白粉病基因克隆

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家蚕BmELAV-like RNA结合蛋白家族表达谱研究分析

家蚕BmELAV-like RNA结合蛋白家族表达谱研究分析

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：顾佳蕙 Daniel,Adjibolosoo 赵诣汪生鹏李木旺孙霞江苏科技大学生物技术学院江苏省蚕桑生物学与生物技术重点实验室

多细胞生物中,转录、转录后和翻译水平调控在基因表达过程中具有重要作用。RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)是一类重要的转录及转录后调控因子,主要通过一个或多个RNA结合区域,与单链或者双链RNA结合,参与基因表达的多种调控过... 详细信息

多细胞生物中,转录、转录后和翻译水平调控在基因表达过程中具有重要作用。RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)是一类重要的转录及转录后调控因子,主要通过一个或多个RNA结合区域,与单链或者双链RNA结合,参与基因表达的多种调控过程。在哺乳动物中约50%以上的RBPs在神经系统中表达,其中ELAV/Hu家族是一类含有3个RRM(RNA recognition motif)、高度保守的神经RNA结合蛋白家族。果蝇中该家族包括ELAV、RBP9和FNE主要参与神经系统发育分化和基因表达调控。在家蚕中该家族蛋白的相关研究报道较少。通过氨基酸序列比对,我们在家蚕中找到两个与果蝇编码ELAV家族蛋白的同源基因,分别命名为Bmelav-like 1(LOC101740581)和Bmelav-like 2(LOC101735317),二者编码的蛋白质均具有三个RRMs。为了进一步了解这两个基因信息,我们利用实时荧光定量PCR分别检测了二者在家蚕不同组织和时期的表达情况。研究结果显示,Bmelav-like 1/2在p50五龄各组织中具有不同水平的表达,但因Bmelav-like 2在各组织中表达水平均较低,后期我们主要对Bmelav-like 1的组织和时期表达谱进行详细检测。与果蝇elav家族相比较,相似的表达特点是:Bmelav-like 1在五龄第三天头部组织中表达较高,且从五龄第一天到熟蚕期在头部中表达量呈递增趋势;在胚胎发育时期(2h到第8天),Bmelav-like 1在第6天表达量最高;蛹期(0h到第8天),雌、雄蛹中Bmelav-like 1分别在第2、4天表达量最高而后逐渐减弱。不同的表达特点是:Bmelav-like 1除了头部,还在生殖腺精巢和卵巢中存在较高水平表达;成虫期Bmelavlike 1在雌蛾中的表达量比在雄蛾中高。从果蝇到家蚕,elav家族基因表达的异同说明在进化过程中该RNA结合蛋白家族较保守的功能可能被保留下来,但又在不同物种中进化出其他的功能。家蚕中BmELAV-likeRNA结合蛋白家族的功能还需进一步分析,本研究中的表达谱分析为探索家蚕BmELAV-like RNA结合蛋白家族的生物学功能提供一定的基础。

关键词：转录后调控 RNA结合蛋白家蚕表达谱

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内生真菌Alternaria oxytropis不同基因型与苦马豆素合成相关差异表达基因分析

内生真菌Alternaria oxytropis不同基因型与苦马豆素合成相关差异...

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：李欣卢萍

小花棘豆(Oxytropis glabra DC.)又称醉马草,是豆科棘豆属多年生草本植物,许多植株含对牲畜有毒的吲哚里兹啶类生物碱—苦马豆素(swainsonine, SW),其阳离子的半椅式构象类似于甘露糖阳离子,能与甘露糖苷竞争性结合,从而抑制α-甘露糖... 详细信息

小花棘豆(Oxytropis glabra DC.)又称醉马草,是豆科棘豆属多年生草本植物,许多植株含对牲畜有毒的吲哚里兹啶类生物碱—苦马豆素(swainsonine, SW),其阳离子的半椅式构象类似于甘露糖阳离子,能与甘露糖苷竞争性结合,从而抑制α-甘露糖苷酶活性,使甘露糖苷的代谢受阻,造成细胞功能紊乱,牲畜取食小花棘豆到一定量使中毒,严重时导致死亡,给草原畜牧业带来巨大损失;在医学领域,SW被作为研究糖蛋白N-寡糖合成的工具药,后来又发现其具有良好的抗肿瘤和免疫调节作用,而被广泛关注。卢萍等发现小花棘豆O. glabra的SW由内生真菌而不是植物体产生,经鉴定将该内生真菌归于链格孢属(Alternaria)。在真菌的SW合成途径中,酵母氨酸还原酶催化赖氨酸转化为酵母氨酸,后生成α-氨基己二酸半醛,α-氨基己二酸半醛是合成SW的前体之一,因而酵母氨酸还原酶是生物合成SW的关键酶之一。本课题组构建了酵母氨酸还原酶基因缺失载体,获得了酵母氨酸还原酶基因缺失突变体M1。本研究利用Illumina HiSeqTM2000高通量测序平台,对不同天数培养的内生真菌野生株OW7.8和缺失突变株M1进行转录组测序,得到约4791万条Clean Reads,用于后续转录组de novo组装。将组装后的45634条Unigene序列与已知数据库Nr、Swiss-Prot、Go、COG和KEGG做Blastx比对(E值<10-5),共有24133个Unigene注释到NCBI Nr数据库,占52.88%;22416个Unigene注释到SwissProt数据库,占49.12%;21936个Unigene注释到GO数据库,占48.06%;11866个Unigene注释到KOG数据库,占26.00%;9239个Unigene注释到KOG数据库,占20.24%。最终筛选出差异表达基因11218个。随机挑选12个差异显著的相关功能基因,用荧光定量PCR技术对其表达量进行验证,结果与转录组测序结果一致。根据GO聚类分析和功能注释,发现与SW生物合成相关的基因在M1中均下调。后期的工作中,我们将对这些差异显著基因进行克隆与功能研究,探索这些差异基因对SW合成的影响。

关键词：内生真菌苦马豆素转录组测序差异表达基因

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桑树BADH、1,4-β-甘露糖苷酶基因的研究进展

桑树BADH、1,4-β-甘露糖苷酶基因的研究进展

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：于霆张玺玺张林谢云霞江苏科技大学

(1)从桑树中克隆甜菜碱醛脱氢酶基因的c DNA序列,命名为MBADH。序列分析结果表明桑树的BADH基因c DNA序列全长1883bp,可编码501个氨基酸。近年来,该基因构建的系统进化树表明桑树与榛的亲缘关系较近。从现有桑树资源中选出优质、高产桑... 详细信息

(1)从桑树中克隆甜菜碱醛脱氢酶基因的c DNA序列,命名为MBADH。序列分析结果表明桑树的BADH基因c DNA序列全长1883bp,可编码501个氨基酸。近年来,该基因构建的系统进化树表明桑树与榛的亲缘关系较近。从现有桑树资源中选出优质、高产桑品种,利用基因工程技术对其抗寒性状进行分子改良,快速培育出适合栽培的优良抗寒桑树新品种不仅意义重大,而且迫在眉睫。甜菜碱是在细菌、植物、动物等生物体中起着无毒渗透保护作用的最主要的细胞相溶性物质,在干旱、高盐、低温胁迫下,许多植物细胞中积累甜菜碱类物质,来维持细胞的正常膨压。最简单也是最早被发现和研究得最多的是甘氨酸甜菜碱(betaine)。1983年,Husemann和Marne从干旱地区的中宁枸杞(Lycium bararum)首次分离到,并称之为lycin。由于甜菜碱在一些植物和微生物的渗透调节中起着重要作用,且其合成途径比较简单,遗传操作比较方便,因此甜菜碱合成酶基因被看作是最有希望的胁迫抗性基因之一。BADH基因在由盐、低温、干旱引起的水分胁迫下,编码催化合成甜菜碱的关键酶。1981年,Pan等人首次从高等植物中分离得到BADH。1997年,梁峥等将菠菜BADH基因转入烟草,获得正常表达,在叶绿体和液泡中可以发现BADH的活性。刘凤华等用山菠菜BADH基因转化草莓、烟草也获得良好耐盐植株。骆爱玲等用BADH基因转化烟草,表明:烟草叶片抗氧化酶活性增高,耐光抑制能力增强,叶片转黄速度减缓。(2)甘露糖苷酶是甘露聚糖完全降解为甘露糖的过程中所必需的水解酶。利用RT-PCR和RACE技术克隆桑树1,4-β-甘露糖苷酶基因的c DNA。序列分析结果表明桑树该基因序列全长为1674bp,可编码420个氨基酸。该基因构建的系统进化树表明桑树与甜瓜的亲缘关系较近。半纤维素是棉纤维细胞初生壁的一种重要结构成分,主要由异-l,4-β-D-木聚糖和异-1,4-β-D-甘露聚糖组成。除此之外,β-甘露糖苷酶在真核生物细胞中糖蛋白N-联寡糖的加工过程中也有着重要的作用。甘露糖苷酶对高温甘露糖苷酶的研究及开发具有重要的工业化应用前景,而目前植物中克隆的该基因还较少,Mo和Bewley报告从番茄萌发种子中克隆到一个编码蛋白属于糖基水解酶家族β-甘露糖苷酶基因。本研究通过参考以上基因与NCBI上其他物种已提交的序列进行比对,分析其序列特征。为进一步从分子水平上验证其功能,深入了解植物适应各种逆境机制奠定基础。

关键词： BADH 遗传克隆 1,4-β-甘露糖苷酶奠定基础

来源：评论

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簇毛麦液泡加工酶VPE3-V与CMPG1-V互作负向调控小麦白粉病抗性

簇毛麦液泡加工酶VPE3-V与CMPG1-V互作负向调控小麦白粉病抗性

引用

2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：郝永利吴承云赵佳张旭张恒牛影王宗宽王海燕肖进王秀娥南京农业大学细胞遗传研究所作物遗传与种质创新国家重点实验室

小麦白粉病是严重影响小麦生产的真菌病害。液泡加工酶(vacuolar processing enzyme, VPE)是一类具有caspase1活性的半胱氨酸蛋白酶,可通过影响植物产生程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)参与植物对生物和非生物胁迫的应答。... 详细信息

小麦白粉病是严重影响小麦生产的真菌病害。液泡加工酶(vacuolar processing enzyme, VPE)是一类具有caspase1活性的半胱氨酸蛋白酶,可通过影响植物产生程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)参与植物对生物和非生物胁迫的应答。小麦近缘物种簇毛麦(Haynaldia villosa L. 2n=14,VV)对小麦表现小麦白粉病广谱抗性,本实验室前期研究发现,簇毛麦E3泛素连接酶CMPG1-V调控小麦对白粉病的广谱抗性。本研究筛选簇毛麦酵母双杂交文库发现,VPE3-V与CMPG1-V,可能参与抗性调控。亚细胞定位表明,VPE3-V定位于烟草细胞膜。进一步研究发现,VPE3-V与CMPG1-V全长以及ARM区域均存在互作;荧光双分子互补实验(BiFC)进一步证明CMPG1-V和CMPGCAV(U-box结构域点突变)与VPE3-V在植物体内互作,其互作位于质膜及一些点状结构上。,系统进化分析表明,短柄草、水稻、玉米、大麦、小麦等禾本科植物的VPE基因家族共分为五个亚家族(A-E),分别分布在麦类作物的第3、5、6、1、2部分同源群。第三部分同源群的A类亚家族存在早于小麦形成的基因复制现象。基因结构分析表明,除第六群短臂上的基因外,同一亚家族的基因极其相似,具有相同数量和相似大小的的外显子和内含子,证明了不同物种中基因进化的保守性。利用小麦表达数据网站expVIP分析发现,小麦A亚家族基因主要在营养器官表达,且主要表达的是3B染色体上的一个拷贝,其受条锈菌小种CYR31和白粉菌小种E09诱导下调表达,受PAMP诱导下调表达,推测其有可能负向调控小麦对病原菌的抗性。本研究克隆了簇毛麦A类亚家族的VPE3-V基因,其定位于3V染色体上。经白粉菌处理,簇毛麦VPE3-V下调表达。利用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)在普通小麦品种扬麦158中沉默Ta VPE3,一定程度可提高其白粉病抗性;利用瞬间过量表达技术(TOA)过量表达VPE3-V,能够显著提高扬麦158表皮细胞中的白粉菌吸器指数(扬麦158 67.73%;扬麦158过表达VPE3-V 75.99%,p<0.05)。以上研究结果表明,VPE3-V参与小麦对白粉病抗性的调控,其与CMPG1-V互作的生物学功能及与调控白粉病抗性的关系仍有待进一步研究。

关键词：小麦簇毛麦液泡加工酶白粉病

来源：评论

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spc105基因在黄曲霉发育及黄曲霉毒素合成中的调控作用研究

spc105基因在黄曲霉发育及黄曲霉毒素合成中的调控作用研究

引用

2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：支庆庆李洁莹贺竹梅中山大学生命科学学院

黄曲霉毒素(Aflatoxin, AF)生物合成调控十分复杂,除了AF基因簇的特异性调控外,大量簇外基因对黄曲霉毒素合成及黄曲霉生长发育亦具有重要调控作用。本研究首次对着丝粒蛋白Spc105同源基因spc105在黄曲霉中进行了功能研究。Spc105是着丝... 详细信息

黄曲霉毒素(Aflatoxin, AF)生物合成调控十分复杂,除了AF基因簇的特异性调控外,大量簇外基因对黄曲霉毒素合成及黄曲霉生长发育亦具有重要调控作用。本研究首次对着丝粒蛋白Spc105同源基因spc105在黄曲霉中进行了功能研究。Spc105是着丝粒(Kinetochore)的关键成员之一,在酵母、线虫、人等不同生物中均被证明参与染色体分裂过程。我们通过构建spc105基因敲除菌株(△spc105)及过表达菌株(OE::spc105)对该基因进行功能研究。首先发现敲除spc105基因后,黄曲霉生长减缓,孢子萌发延迟,这种影响在低温条件下(25°C)更为明显。△spc105菌株中孢子产量与野生型黄曲霉(WT)相比,提高了2倍,而OE::spc105菌株中的孢子产量则稍低于WT。对孢子发育直接相关的三个基因的表达进行检测,发现brlA及abaA基因在△spc105菌株中上调表达2-3倍左右,在液体培养条件下,WT及OE::spc105均不产生分生孢子梗的结构,而△spc105菌株则形成了退化的分生孢子梗,这些结果表明spc105基因的敲除促进了黄曲霉产孢。此外,spc105基因的敲除完全抑制了抗逆结构菌核的产生,而过表达该基因则提高了菌核的产量。对次级代谢物的检测结果表明,spc105影响AF、曲酸及环匹阿尼酸(cyclopiazonic acid,CPA)的合成。spc105基因的敲除几乎完全抑制了AF的产生,而spc105基因的过表达提高了AF的产生;spc105基因对曲酸的影响与对AF的影响类似,但程度要小。而spc105基因对CPA的影响则与AF及曲酸相反。对25°C液体培养条件下spc105敲除株的转录组数据分析,发现1846个基因发生了差异表达(|log2 (fold change)|≥1.5, padj≤0.01),其中670个基因上调表达,1176个基因下调表达。对黄曲霉56个次级代谢基因簇的分析则发现spc105基因的敲除引起包括AF代谢簇在内的19个次级代谢簇的24个backbone基因的差异表达。AF代谢簇的34个基因中有31个基因的表达均被显著抑制,其中包括两个转录因子编码基因afl R和afl S,荧光定量PCR验证得到一致结果。这些结果表明spc105这一在黄曲霉发育和次级代谢调控中扮演着重要角色。

关键词：黄曲霉黄曲霉毒素生物合成 spc105 压力应答真菌发育次级代谢

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地黄发育根代谢组学分析扩大其化学成分数据并揭示其发育机制、质量和毛蕊花糖苷生物合成机制

地黄发育根代谢组学分析扩大其化学成分数据并揭示其发育机制、质...

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：周延请杨珂郭萌萌河南师范大学生命科学学院

地黄是玄参科多年生草本植物,其根食药两用。其价值与其根发育及其所含多种化学成分有关密切相关。毛蕊花糖苷是其重要化学成分之一,也是其两大指标成分之一,具有抗氧化、护肝、抗炎、抗菌和提高免疫力等药理作用。但是,仅仅报道了140... 详细信息

地黄是玄参科多年生草本植物,其根食药两用。其价值与其根发育及其所含多种化学成分有关密切相关。毛蕊花糖苷是其重要化学成分之一,也是其两大指标成分之一,具有抗氧化、护肝、抗炎、抗菌和提高免疫力等药理作用。但是,仅仅报道了140多种地黄化合物,用于地黄质量评价的化合物偏少且稳定性受环境因素和加工方法的影响比较大,毛蕊花糖苷生物合成机制尚未被完全阐明。本文以地黄三个阶段(伸长期、膨大期和成熟期)的发育根为材料,用非靶向LC-MS技术测定其代谢物质核比(ms),用多变量分析和单一变量分析相结合的方法鉴定不同发育阶段的代谢物,进行KEGG通路分析、热图构建和网络分析;利用公用代谢物数据库和软件由质核比反推出1049中化合物,多重分析揭示三个发育阶段的地黄根中有434种差异代谢物;434种差异代谢物中,呈现不同的变化趋势,其中,具有相同含量变化趋势的代谢物具有相同的代谢通路,具有含量增加趋势的代谢物具有药用和使用价值,一些成熟根特异性代谢物可能是其更好的质量控制候选指标;434种差异代谢物映射到111KEGG pathways,涉及具有不同变化模式的62种酶;代谢物与酶和从111 KEGG pathways中富集的每个阶段中前10种pathways之间相互作用关系很复杂;从111 KEGG pathways中筛选到3个候选毛蕊花糖苷生物合成途径和一些关键酶,包括用转录组测序技术没有挖掘到的3个步骤和3种酶(C3H、TAT和4CL);从鉴定出的1049中化合物中找到了用于验证地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中我们推测的反应步骤的中间产物。本研究扩大了鉴定化合物数据库,揭示地黄根发育与质量和差异代谢物积累有关,代谢组学技术和多元分析等相结合,可以挖掘毛蕊花糖苷合成途径和酶。这些结果为我们深入了解地黄根发育机制、化学组成成分、质量标准和毛蕊花糖苷合成机制奠定了基础。

关键词：地黄根发育化学成分质量标准成分毛蕊花糖苷合成途径和酶热图代谢网络分析 untargeted LC-MS metabolomics approach

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SsaA在mureidomycin和daptomycin生物合成中的调控机制

SsaA在mureidomycin和daptomycin生物合成中的调控机制

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2018中国遗传学会第十次全国会员代表大会暨学术讨论会

作者：刘宁关晗晔陈国栋李月谭华荣中国科学院微生物研究所云南大学

链霉菌能够产生大量的在工业、农业、医药、食品等行业具有广泛用途的天然抗生素。然而,由于链霉菌来源抗生素的生物合成受到严谨的复杂调控,故研究其生物合成的调控机制多年来一直备受研究者关注。玫瑰孢链霉菌(Streptomyces roseospor... 详细信息

链霉菌能够产生大量的在工业、农业、医药、食品等行业具有广泛用途的天然抗生素。然而,由于链霉菌来源抗生素的生物合成受到严谨的复杂调控,故研究其生物合成的调控机制多年来一直备受研究者关注。玫瑰孢链霉菌(Streptomyces roseosporus, Sr)是重要的临床上使用的抗生素--达托霉素(daptomycin)的产生菌。达托霉素因其对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素的肠球菌(VRE)和耐青霉素的肺炎链球菌(PRSP)等多种致病菌具有显著抑制作用,并且较少产生耐药性,被认为是继抗生素最后一道防线-万古霉素-之后的又一种重要的抗生素。本实验室采用hrdB基因的启动子(PhrdB)在Sr中高表达来自Streptomyces sp. SS中sansanmycin生物合成基因簇途径特异性正调控基因ssa A,成功激活了Sr中沉默的核苷肽类抗生素mureidomycin生物合成基因簇的表达,从而产生了能够抑制铜绿假单胞菌生长的化合物。令人感兴趣的是,随着ssaA基因的表达导致Sr菌株原本具有的抗金黄色葡萄球菌的化合物活性消失。在此基础上敲除mureidomycin生物合成基因簇中氧化还原酶基因SSGG03002,可以使该菌株抗金黄色葡萄球菌的活性物质获得部分恢复。对Sr、Sr/pIJ10500::PhrdB-ssaA、以及Sr/pIJ10500::PhrdB-ssaA(Δ03002)三株菌进行了抑菌活性、转录分析以及HPLC分析,结果表明抑制金黄色葡萄球菌的活性物质是达托霉素。为揭示Sr/pIJ10500::PhrdB-ssaA中达托霉素表达受抑制的原因,在Sr/pIJ10500::PhrdB-ssaA(Δ03002)菌株中进一步敲除mureidomycin骨架合成的四个基因(SSGG02988, SSGG02989, SSGG02990, SSGG02991),得到的敲除菌株(ΔSSGG02988/SSGG02989/SSGG02990/SSGG02991)都失去了产生mureidomycin和达托霉素的能力。此结果表明SsaA在达托霉素生物合成中发挥了负调控作用,而在mureidomycin生物合成中发挥了正调控作用。综上所述,我们首次发现调控基因ssaA可分别对两种不同抗生素的生物合成基因簇同时发挥激活和抑制作用,其机制的阐明可对隐性基因簇的激活及不同抗生素间交互调控的研究奠定基础。

关键词：玫瑰孢链霉菌达托霉素 mureidomycin 生物合成调控机制

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