冰城链霉菌米尔贝霉素合成后修饰基因功能研究及工程改造
发布时间：2021-12-19 03:10
米尔贝霉素A3/A4及其衍生物作为环境友好型杀螨剂、驱虫剂被应用于农业和畜牧业中。冰城链霉菌是重要的米尔贝霉素A3/A4工业生产菌株,具有丰富的次级代谢物产生能力。在其发酵培养过程中,除米尔贝霉素A3/A4外,常伴随产生其它米尔贝霉素组分、南昌霉素、冰城霉素等多种次级代谢产物。米尔贝霉素B1、B2、α9、α10、β1、β2及其它β类米尔贝霉素组分由于在化学结构和性质上与米尔贝霉素A3/A4相似,无法通过理化性质差异分离,增加了米尔贝霉素A3/A4的分离纯化难度。米尔贝霉素类副产物的生成竞争了米尔贝霉素A3/A4的合成前体,降低了米尔贝霉素A3/A4的单位发酵产量,导致米尔贝霉素A3/A4生产成本难以降低从而限制其广泛应用。本课题组在前期研究中利用物理、化学诱变以及系列代谢工程改造等方法获得了米尔贝霉素B1、B2、β1、β2等副产物消除的优良菌株,但是米尔贝霉素α9/α10和β类米尔贝霉素副产物仍伴随米尔贝霉素A3/A4产生。为了阻断或降低副产物米尔贝霉素α9/α10和β类米尔贝霉素的生物合成,进一步优化米尔贝霉素A3/A4生产菌株,本研究探索了参与米尔贝霉素α9/α10和β类米尔贝霉素...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
米尔贝霉素A3与阿维菌素B1a的结构
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论3注：红色箭头表示该过程由未知功能酶催化。实线箭头表示该过程由酶催化，虚线箭头表示该过程非酶催化。Note：Theredarrowindicatesthepathwaycatalyzedbyundeterminedenzyme.Thesolidarrowindicatesenzymaticreaction.Thedottedarrowindicatesnon-enzymaticreaction.图1-2推测的米尔贝霉素生物合成后修饰过程Fig.1-2Proposedbiosyntheticpost-modificationpathwayofmilbemycins.1.3冰城链霉菌概况1.3.1冰城链霉菌及其次级代谢产物冰城链霉菌（Streptomycesbingchenggensis）是本团队在2007年从黑龙江省哈尔滨市土壤中分离到的一种新菌，该菌株具有典型的吸水链霉菌生理生化特征（高爱丽等,2007）。链霉菌属最显著的特性是生长过程中伴随产生大量次生代谢物，链霉菌源的次级代谢物是自然界天然次级代谢产物的主要来源之一，而约75%的抗生素来源于天然次级代谢产物（NOTHIASetal.,2016;LIUetal.,2018）。至今本团队已在冰城链霉菌次级代谢物中发现并报道了多种分离物，如一种新型大环内酯类化合物ST906（XIANGetal.,2009a）、两个命名为冰城霉素A（BingchamidesA）和冰城霉素B
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论5图1-3米尔贝霉素生物合成基因簇Fig.1-3Milbemycinbiosyntheticgenecluster在米尔贝霉素形成过程中，与阿维菌素生物合成基因簇中AveE、AveC、AveD、AveF同源的后修饰酶MilE、MilC、MilD、MilF对米尔贝霉素组分的多样性具有重要作用。MilD是C5-氧甲基转移酶，催化米尔贝霉素A3/A4的C5位氧甲基化，生成C5-氧甲基米尔贝霉素A3/A4，通过敲除milD，可使米尔贝霉素A3/A4效价显著提高，同时消除米尔贝霉素B2、B3、β1、β2副产物的生成（ZHANGetal.,2013;KIMetal.,2017）。MilF是C5-酮基还原酶，催化米尔贝霉素J/K的C5位酮基还原，生成米尔贝霉素A3/A4，敲除milF使得次级代谢产物中大量积累C5-酮基米尔贝霉素A3/A4，可为米尔贝肟的合成提供底物（WANGetal.,2010b;WANGetal.,2014）。有研究证明在阿维链霉菌中敲除aveE后，突变株次级代谢产物中大量积累6,8a-seco-6,8a-deoxy-阿维菌素和6,8a-seco-6,8a-deoxy-5-酮基阿维菌素，结合相关研究结果证明AveE可催化阿维菌素中C6-C8位呋喃环的形成（PANGetal.,1995;邱竞帆,2012），由于CYP450同家族蛋白功能可能是相似的，MilE与AveE都属于CYP171家族蛋白，因此推测MilE在如图1-2标注的反应过程中发挥功能，主要催化C6-C8位呋喃环的形成。MilC与梅岭霉素生物合成基因簇中的MeiC蛋白同源性可达98.48%，MeiC可代替阿维菌素生物合成过程中AveC蛋白的螺酮环酶活性，使底物产生6,6-螺酮环（SUNetal.,2013）。冰城链霉菌及其各种突变株是米尔贝霉素A3/A4的工业生产菌株，米尔贝霉素A3/A4组成的弥拜菌素具有高活性、低毒素、易降解等优点（徐小军等,2012）。野生型冰城链霉菌代谢物中米尔贝霉素A3/A4效价低且伴随大量副产物生成，副产物影响米尔贝霉素A3/A4产量的同时为其分离纯化
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿维菌素类和米尔贝霉素类杀虫剂的特性[J]. 刘琳琳,刘翠翠,王相晶,夏广欣,向文胜. 世界农药. 2012(05)
[2]弥拜霉素类似物的合成、表征和杀虫活性研究[J]. 徐小军,赖声洪,季明华,朱国念,赵金浩. 有机化学. 2012(06)
[3]生物杀虫剂的进展和应用[J]. 华乃震,华纯. 农药. 2011(07)
[4]吸水链霉菌新种的筛选和鉴定[J]. 高爱丽,王相晶,向文胜,高继国,王晴,姜冰,王丽. 东北农业大学学报. 2007(03)
博士论文
[1]阿维菌素和安丝菌素生物合成相关基因的功能研究[D]. 邱竞帆.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]冰城链霉菌C5-酮基属间接合转移中断菌株的构建[D]. 刘维娣.东北农业大学 2012
本文编号：3543658
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
米尔贝霉素A3与阿维菌素B1a的结构
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论3注：红色箭头表示该过程由未知功能酶催化。实线箭头表示该过程由酶催化，虚线箭头表示该过程非酶催化。Note：Theredarrowindicatesthepathwaycatalyzedbyundeterminedenzyme.Thesolidarrowindicatesenzymaticreaction.Thedottedarrowindicatesnon-enzymaticreaction.图1-2推测的米尔贝霉素生物合成后修饰过程Fig.1-2Proposedbiosyntheticpost-modificationpathwayofmilbemycins.1.3冰城链霉菌概况1.3.1冰城链霉菌及其次级代谢产物冰城链霉菌（Streptomycesbingchenggensis）是本团队在2007年从黑龙江省哈尔滨市土壤中分离到的一种新菌，该菌株具有典型的吸水链霉菌生理生化特征（高爱丽等,2007）。链霉菌属最显著的特性是生长过程中伴随产生大量次生代谢物，链霉菌源的次级代谢物是自然界天然次级代谢产物的主要来源之一，而约75%的抗生素来源于天然次级代谢产物（NOTHIASetal.,2016;LIUetal.,2018）。至今本团队已在冰城链霉菌次级代谢物中发现并报道了多种分离物，如一种新型大环内酯类化合物ST906（XIANGetal.,2009a）、两个命名为冰城霉素A（BingchamidesA）和冰城霉素B
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论5图1-3米尔贝霉素生物合成基因簇Fig.1-3Milbemycinbiosyntheticgenecluster在米尔贝霉素形成过程中，与阿维菌素生物合成基因簇中AveE、AveC、AveD、AveF同源的后修饰酶MilE、MilC、MilD、MilF对米尔贝霉素组分的多样性具有重要作用。MilD是C5-氧甲基转移酶，催化米尔贝霉素A3/A4的C5位氧甲基化，生成C5-氧甲基米尔贝霉素A3/A4，通过敲除milD，可使米尔贝霉素A3/A4效价显著提高，同时消除米尔贝霉素B2、B3、β1、β2副产物的生成（ZHANGetal.,2013;KIMetal.,2017）。MilF是C5-酮基还原酶，催化米尔贝霉素J/K的C5位酮基还原，生成米尔贝霉素A3/A4，敲除milF使得次级代谢产物中大量积累C5-酮基米尔贝霉素A3/A4，可为米尔贝肟的合成提供底物（WANGetal.,2010b;WANGetal.,2014）。有研究证明在阿维链霉菌中敲除aveE后，突变株次级代谢产物中大量积累6,8a-seco-6,8a-deoxy-阿维菌素和6,8a-seco-6,8a-deoxy-5-酮基阿维菌素，结合相关研究结果证明AveE可催化阿维菌素中C6-C8位呋喃环的形成（PANGetal.,1995;邱竞帆,2012），由于CYP450同家族蛋白功能可能是相似的，MilE与AveE都属于CYP171家族蛋白，因此推测MilE在如图1-2标注的反应过程中发挥功能，主要催化C6-C8位呋喃环的形成。MilC与梅岭霉素生物合成基因簇中的MeiC蛋白同源性可达98.48%，MeiC可代替阿维菌素生物合成过程中AveC蛋白的螺酮环酶活性，使底物产生6,6-螺酮环（SUNetal.,2013）。冰城链霉菌及其各种突变株是米尔贝霉素A3/A4的工业生产菌株，米尔贝霉素A3/A4组成的弥拜菌素具有高活性、低毒素、易降解等优点（徐小军等,2012）。野生型冰城链霉菌代谢物中米尔贝霉素A3/A4效价低且伴随大量副产物生成，副产物影响米尔贝霉素A3/A4产量的同时为其分离纯化
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿维菌素类和米尔贝霉素类杀虫剂的特性[J]. 刘琳琳,刘翠翠,王相晶,夏广欣,向文胜. 世界农药. 2012(05)
[2]弥拜霉素类似物的合成、表征和杀虫活性研究[J]. 徐小军,赖声洪,季明华,朱国念,赵金浩. 有机化学. 2012(06)
[3]生物杀虫剂的进展和应用[J]. 华乃震,华纯. 农药. 2011(07)
[4]吸水链霉菌新种的筛选和鉴定[J]. 高爱丽,王相晶,向文胜,高继国,王晴,姜冰,王丽. 东北农业大学学报. 2007(03)
博士论文
[1]阿维菌素和安丝菌素生物合成相关基因的功能研究[D]. 邱竞帆.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]冰城链霉菌C5-酮基属间接合转移中断菌株的构建[D]. 刘维娣.东北农业大学 2012
本文编号：3543658
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