卡伍尔氏链霉菌合成农用抗生素bafilomycins的调控机制及其高产研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872036
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1407.植物保护新技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Bafilomycins are promising lead compounds for the development of biopesticides and pharmaceuticals. In our previous study, bafilomycin B1 was found to be a potent agricultural antibiotic in druggability evaluation, showing promising development prospects as a new pesticide. However, the low fermentation efficiency has been a bottleneck in its industrial production. In order to rationally construct its high-yield genetically engineered strain, it is necessary to decipher the regulatory mechanism of bafilomycin biosynthesis in Streptomyces cavourensis. In this proposal, to clarify the regulatory mechanism of bafilomycin biosynthesis (especially pathway-specific regulation), based on the genomic DNA sequence and the bioinformatic analysis of the bafilomycin producing strain Streptomyces cavourensis NA4, we are planning to elucidate the roles of a series of regulatory genes employing gene inactivations and complementations, and combined qRT-PCR transcription analysis and HPLC-DAD-MS metabolic profiling. The molecular mechanism and regulatory network of the key or new regulatory genes will be elucidated using heterologous expression as well as EMSA and DNase I footprinting biochemical assays in vitro. Finally, on the basis of the above research, genetically engineered strains with highly enhanced production of bafilomycins will be constructed by a combined strategy including enhancing precursor supply, inactivation of negative regulatory genes, overexpression of positive regulatory genes and elimination of by-product reaction pathways. The implementation of this project will reveal the complex and unique pathway-specific regulatory network and the underlying mechanism of bafilomycin biosynthesis, and would help us to construct engineering strains to improve the bafilomycins production. At the same time, the high-yield engineering strains will lay the foundation for industrial application of bafilomycin B1 as a new bio-fungicidal agent.
Bafilomycins(BAF)类化合物是研发农药和医药的良好母体。前期农药成药性评价表明bafilomycin B1是有良好开发前景的候选农用抗生素,然而较低的发酵单位是限制其产业化生产的瓶颈,为了理性构建其高产菌株,必须明确其合成的调控机制。为此,在对链霉菌NA4合成BAF基因簇生物信息学分析的基础上,本项目拟采用体内基因敲除和回补,qRT-PCR检测各共转录单元的表达差异,LC-DAD-MS分析产物变化,推导各调控基因的调节作用;进一步对关键和新功能的调控基因进行异源表达,在体外使用EMSA、DNA足迹法等解析调控基因的分子机制。最终在此基础上,组合使用强化前体供应、改造调控基因和限速酶以及消除副产物反应途径等策略构建优质高产工程菌株。本项目的实施将揭示BAF合成复杂和独特的途径特异性调控机制,为理性设计、遗传改造宿主菌提供重要理论指导;同时高产菌株的构建将为其产业化奠定基础。

结项摘要

巴弗洛霉素(bafilomycin,BAF)是一类由I型聚酮合成酶装配合成的具有十六元大环内酯骨架的化合物,是研发农药和医药的良好母体。前期研究发现了深海来源的卡伍尔氏链霉菌NA4能产生BAF,然而较低的发酵产量限制了BAF产业化应用。为了在全面理解其生物合成调控机制的基础上理性构建BAF高产菌株,本项目通过基因灭活、代谢分析与生物信息学分析,发现了链霉菌NA4生物合成BAF关键的3个途径特异性正调控基因和3个具有负调控作用的基因或共转录本;系统阐明了bafG、bafI和bafW正调控基因联合调控BAF前体合成、骨架装配、后修饰单元组装的调控网络和协同调控机制;并发现了前体供体内不足是链霉菌NA4高产BAF的关键限制因子。在此基础上,通过消除多个前体共同来源乙酰CoA的竞争性代谢途径,强化了主要前体的供应,构建了2个高产菌株,使BAF产量分别达到原始菌株的9倍和6倍以上;进一步,复合过表达途径特异性正调控基因和强化前体供应策略,构建了3个高产工程菌株,BAF产量继续提高,最高达原始菌株的11倍以上;最后通过在培养基中添加甲基丙二酰CoA生成的原料丙酸钠或者缬氨酸,可使BAF产量再提高1-2倍。通过本研究揭示了链霉菌NA4合成BAF独特和复杂的调控机制,理性构建了多个高产菌株,为BAF产业化开发奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Penipentenone A and brefeldin A derivatives potently inhibit KRAS mutant cancer cells from an endophytic fungus Penicillium brefeldianum F4a
Penipentenone a 和 brefeldin a 衍生物有效抑制来自内生真菌 Penicillium brefeldianum F4a 的 KRAS 突变癌细胞
  • DOI:
    10.1016/j.phytochem.2022.113243
  • 发表时间:
    2022-05-19
  • 期刊:
    PHYTOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Bai,Yan;Yi,Ping;Pan,Huaqi
  • 通讯作者:
    Pan,Huaqi
后基因组时代微生物天然产物高效发掘体系设计与展望
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-7021.2022.03.001
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘华奇
  • 通讯作者:
    潘华奇
卡伍尔氏链霉菌NA4生物合成巴弗洛霉素前体甲氧基丙二酰ACP来源的研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-7021.2022.01.002
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲍秀艳;姚雪春;史美君;胡江春;潘华奇
  • 通讯作者:
    潘华奇
Genome mining and metabolic profiling illuminate the chemistry driving diverse biological activities of Bacillus siamensis SCSIO 05746
基因组挖掘和代谢分析阐明了驱动暹罗芽孢杆菌 SCSIO 05746 多种生物活性的化学
  • DOI:
    10.1007/s00253-019-09759-2
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Pan, Huaqi;Tian, Xinpeng;Ju, Jianhua
  • 通讯作者:
    Ju, Jianhua
Novel Antioxidants and α-Glycosidase and Protein Tyrosine Phosphatase 1B Inhibitors from an Endophytic Fungus Penicillium brefeldianum F4a.
来自内生真菌布雷菲尔德青霉 F4a 的新型抗氧化剂、α-糖苷酶和蛋白酪氨酸磷酸酶 1B 抑制剂
  • DOI:
    10.3390/jof7110913
  • 发表时间:
    2021-10-27
  • 期刊:
    Journal of fungi (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bai Y;Yi P;Zhang S;Hu J;Pan H
  • 通讯作者:
    Pan H

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其他文献

卡伍尔氏链霉菌NA4突变株ΔbafAI的次级代谢产物研究
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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深海放线菌08A4的鉴定及其抗真菌活性产物研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    微生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王书锦
卡伍尔氏链霉菌NA4突变株△bafAI的次级代谢产物研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-7021.2019.06.002
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    微生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张晓瑛;潘华奇;张盈;石逸冰;鲍秀艳;胡江春
  • 通讯作者:
    胡江春
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    微生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张盈;潘华奇;于素亚;胡江春
  • 通讯作者:
    胡江春
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋春凤;潘华奇;胡江春
  • 通讯作者:
    胡江春

其他文献

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潘华奇的其他基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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