| 题名 | 深海来源拟诺卡氏菌与模式菌株天蓝色链霉菌中α-吡喃酮的调控功能研究 |
| 作者 | 朱柏羽 |
| 答辩日期 | 2022-11 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院深海科学与工程研究所 |
| 导师 | 韩壮 |
| 关键词 | 放线菌 信号分子 群体感应 α-吡喃酮 Conservon |
| 学位名称 | 理学硕士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 英文摘要 | 放线菌是产生结构新颖、活性独特化合物的天然宝库。放线菌中这些次级代谢产物通常会被群体感应信号分子通过特异性结合其同源的TetR型受体所调节。通过对放线菌中信号分子的遗传操作，能激活微生物中沉默的基因簇产生新的代谢产物，或者通过外源添加对目标化合物实现增产。本研究发现了一类已知化合物——α-吡喃酮类化合物，可以作为新的放线菌信号分子。吡喃酮是一大类六元环不饱和内酯，广泛存在于生物界中，通过不同羟基化位点、侧链长度以及不饱和键数量和位置的变化具有丰富的结构多样性。在深海来源的Nocardiopsis sp. LDBS0036菌株中，α-吡喃酮的合成基因被确定为TypeⅠ型聚酮合酶（PKS）基因簇，该簇在Nocardiopsis属中高度保守。我们通过基因敲除、回补和体外添加实验验证了α-吡喃酮的生理功能。与野生型相比，菌株LDBS0036中吡喃酮缺失突变株中活性成分吩嗪的产生几乎完全消失。将α-吡喃酮类化合物，6-(2E -丁烯-2-基)-3-(2R -甲基丁基)- 2H-吡喃-2-酮(Nocapyrone I)，外源添加至突变菌株中，能恢复菌株中吩嗪的产生。说明吡喃酮作为信号分子，调控LDBS0036菌株体内吩嗪合成基因的表达。 信号分子对下游基因的调控，需要其受体蛋白的参与。本课题发现菌株LDBS0036中的α-吡喃酮是通过一个保守的由四个基因组成的conservon系统传递信号。实验发现，将带有DNA结合结构域的蛋白NprH缺失突变后，吩嗪不再产生。据此推测，该操纵子能接收内源产生的信号分子，并通过级联反应正调控次级代谢物产生。生物信息分析还发现，conservon系统在LDBS0036菌株中具有6个拷贝，可能作为感受器接收不同的环境压力或化学信号，影响菌株的生长发育和代谢。 我们推测其他种属的微生物中的α-吡喃酮可能也具有类似的调控作用。天蓝色链霉菌中存在Nocapyrone I的类似物germicidins，通过PKSIII途径合成。本课题构建了该化合物缺失突变株验证germicidins是否和Nocapyrone I一样能作为信号分子发挥信号调控的功能。与野生株相比，突变体形态分化、次级代谢及其化合物的抗菌活性都发生了改变。说明天蓝色链霉菌中的α-吡喃酮，同样能调控微生物体内基因的表达。 对两株放线菌中α-吡喃酮的研究，证实了α-吡喃酮的信号分子功能，进一步丰富了放线菌信号分子的种类，同时还认识了放线菌中与众不同的受体调控系统，为深入研究该系统提供了思路。通过α-吡喃酮的调控功能能够实施特定类型化合物的增产，同时α-吡喃酮信号系统可以开发成合成生物学中新型的分子开关进行应用。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.idsse.ac.cn/handle/183446/10070]  |
| 专题 | 深海科学研究部_深海生物学研究室_深海微生物活性物质研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院深海科学与工程研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱柏羽. 深海来源拟诺卡氏菌与模式菌株天蓝色链霉菌中α-吡喃酮的调控功能研究[D]. 中国科学院深海科学与工程研究所. 中国科学院大学. 2022. |
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