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非昔罗霉素(Ficellomycin)是从细绳链霉菌(Streptomyces ficellus NRRL8067)发酵产物中分离得到的一种类二肽化合物,对草酸青霉、金黄色葡萄球菌具有很好的抑制作用。非昔罗霉素的作用机制非常独特,它能够特异性地作用于DNA半保留复制过程中形成的冈崎片段,使其不能进一步拼接成完整的染色体DNA,从而抑制细胞的分裂,但对正常细胞的生理代谢活动则没有影响,因此非昔罗霉素在新型低毒抗肿瘤药物的研发方面具有很大的潜力。然而目前尚无关于非昔罗霉素生物合成方式及其相关基因的研究和报道。本研究根据非昔罗霉素生物合成过程中所必需的非核糖体多肽合酶(NRPS)保守区(腺苷酰化结构域)设计了 PCR简并引物,对已构建的S.ficellus NRRL8067基因文库进行了筛选。经阳性克隆的测序及分析,共筛选鉴定出5种不同的nrps基因簇(nrps1-5)。基因阻断及回补实验表明:含有nrps1的基因簇与非昔罗霉素的生物合成密切相关。因此采用染色体步移的方式,重点对nrps1的上下游基因进行了克隆及测序,并最终获得了一段65.9 kb的连续DNA片段。基因阻断实验及阻断菌株发酵产物的LC-MS分析实验表明:非昔罗霉素的生物合成基因位于一段30 kb的DNA区域,共包含26个开放性阅读框(fic11-fic36)。其中包括与二肽化合物组装相关的nrps1基因(fic31),与功能基团氮杂双环合成相关的鸟氨酸-含氧酸转氨酶基因(fic16)、转酮醇酶基因(fic23、fic24)、N-乙酰-鸟氨酸/N-乙酰-赖氨酸脱乙酰酶基因(fic30)等,与胍基基团合成相关的转氨酶编码基因(fic25)、脒基转移酶编码基因(fic36)以及与非昔罗霉素跨膜转运相关的ABC转运蛋白编码基因(fic11)、AtrA蛋白编码基因(fic12)等。但该基因簇中尚缺少一段负责缬氨酸激活及组装的NRPS编码基因,该基因可能位于基因组中的其它区域。本研究初步阐明了非昔罗霉素的生物合成基因簇及生物合成过程,为通过基因工程手段进一步提高该抗生素的发酵产量提供了理论依据。同时还为获得更多具有更高生物活性的衍生物奠定了基础,并为今后组合生物学的研究提供了理论指导。