Streptomyces sp. G(?)66遗传操作系统优化及基于基因组挖掘策略的天然产物发现

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链霉菌Streptomyces sp.G(?)66分离自德国哥廷根土壤,前期已分离鉴定了其主产物isatropolones,完成了全基因组测序并阐明了这类主产物的生物合成机制。然而,通过antiSMASH分析发现该菌基因组上存在多个编码未知次级代谢产物的基因簇。为了能够进一步挖掘该菌可能产生的潜在新颖天然产物及其生物合成基因的功能,本论文围绕G(?)66菌株开展了以下研究:(1)对该菌株进行抗生素敏感性实验、摸索其原生质体制备条件,建立并优化了该菌株的遗传操作系统,同时由于isatropolones产量极高,可能影响其它次级代谢产物的分离及检测,通过基因敲除中断该化合物的生物合成途径以排除干扰,最终构建了背景相对干净的突变株;(2)通过基因组挖掘策略,分别运用Gibson assembly同源重组技术和Red/ET直接克隆法,成功对G(?)66菌株中编码多环特特拉姆酸大环内酰胺(Polycyclic Tetramate Macrolactams,PTMs)类化合物的ptm生物合成基因簇进行了克隆,并导入了异源宿主S.lividans K4-114中构建了异源表达菌株。发酵后通过LC-MS分析确定该异源表达菌株成功表达了目标化合物,但由于发酵量不足导致分离纯化所得产物过少,无法通过核磁进行进一步结构鉴定;(3)首次利用OSMAC策略尝试在大米和液体培养基中混合发酵G(?)66野生菌,并从中分离得到了 5个已知的单体化合物,文献调研发现这5个化合物的生物合成途径尚未被报道。通过上述研究,我们可以成功地将外源DNA导入G(?)66野生菌中,为后续在野生菌中进行进一步基因组编辑以激活其他潜在的新颖天然产物提供了基础;通过基因组挖掘策略,在异源宿主中实现了 PTM基因簇的成功表达,不仅可以充实PTM类化合物库,同时也为异源激活其他未知基因簇提供了技术支撑;利用OSMAC策略从野生菌中分离鉴定了 5个化合物,后续可分别对这些化合物开展多种生物活性测定,同时挖掘其生物合成基因簇,阐明这些化合物的合成机制,为新药的发现以及合成生物学研究提供更多研究基础和基因资源。
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