发布日期：2025-01-04 17:24 点击次数：163
链霉菌是一种革兰氏阳性丝状放线菌，可产生多种类型的具有重要价值的次级代谢产物，如：抗生素、免疫调节剂等。链霉菌被人们称为天然药物的合成工厂，科学家已完成两株链霉菌全基因组序列测定。链霉菌和其它原核生物相比，还具有复杂的形态分化特征，可作为细胞分化发育研究的一种模式生物。本版已有的关于链霉菌的帖子如下：寻找：研究链霉菌的伙伴！求助：急需链霉菌表达载体【求助】有关链霉菌的转化!请教：有没有做链霉菌原生质体转化的求助:棒状链霉菌streptomyces clavuligerus 的原生质体制备及转化有谁能提供Streptomyces argillaceus(泥质链霉菌）的生理生化特性，在各种培养基上的生长性状等吗？链霉菌次级代谢研究展望随着两株链霉菌天蓝色链霉菌（Streptomyces coelicolor)和阿维链霉菌（S.avermitilis)基因组测序的完成，科学家在天蓝色链霉菌中发现了24个编码色素等次级代谢产物的基因簇，在阿维链霉菌中也发现了30个这样的基因簇。这个数字远远多于在这两种链霉菌中已发现的次级代谢的数量，只是利用现有的培养条件和筛选方法还不能得到如此多的天然产物，而链霉菌次级代谢调控机制的阐明将为发现更多天然产物提供理论依据。随着基因组学和蛋白质组学等领域的新技术不断涌现和应用，可以对链霉菌基因组和蛋白质组进行分析，建立生理学和数学模型，定量分析调控基因在时间和空间的表达，链霉菌次级代谢分子调控机制的研究将得到突飞猛进的发展。对链霉菌基因组以及次级代谢调控网络的研究必将促进更多新型天然产物的发现。2002年 科学家绘制出链霉菌的基因图谱 链霉菌是生活在土壤中的微生物，对人类有巨大贡献，因为它们能产生有用的抗生素。英国科学家最近测定了一种链霉菌的基因组，这一成果将有助于科学家合成更有效的抗生素。 英国科学家在５月９日出版的英国《自然》杂志上报告说，他们测定了一种链霉菌的基因组全序列。这种链霉菌拥有８百多万个碱基对，共计７８２５个基因，这是迄今为止拥有最多基因的细菌。这种链霉菌是一种蓝色的微生物，通常生活在地下的土壤中。 链霉菌家族对人类的一个重要贡献就是制造各种抗生素。链霉素、四环素、和红霉素等都是由它们制造的。当然，链霉菌制造抗生素不是有意为人类做贡献，而是在出芽生殖的过程中产生，作为杀死其他微生物、进行生存斗争的武器。 链霉菌在土壤中可以忍受极端的环境。科学家从测出的基因组序列中发现，链霉菌拥有大量基因以适应不同的环境，其中大约１２％的基因是负责打开或者关闭其他基因。 抗生素的滥用给细菌施加了强大的自然选择压力，导致了细菌的抗药性越来越强。科学家认为，测定链霉菌的基因组可以帮助制造更有效的抗生素，在某种程度上克服细菌的抗药性。漂亮的链霉菌照片！ screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=447 height=123 title="Click to view full t.jpg (447 X 123)" border=0 align=absmiddle>天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor A3(2)的全基因组序列Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2)* The Wellcome Trust Sanger Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SA, UK† John Innes Centre, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UH, UK‡ Department of Chemistry, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, UK§ Institute of Genetics, National Yang-Ming University, Shih-Pai, Taipei 112, Taiwan...........................................................................................Streptomyces coelicolor is a representative of the group of soil-dwelling, filamentous bacteria responsible for producing most natural antibiotics used in human and veterinary medicine. Here we report the 8,667,507 base pair linear chromosome of this organism, containing the largest number of genes so far discovered in a bacterium. The 7,825 predicted genes include more than 20 clusters coding for known or predicted secondary metabolites. The genome contains an unprecedented proportion of regulatory genes, predominantly those likely to be involved in responses to external stimuli and stresses, and many duplicated gene sets that may represent ‘tissue-specific’ isoforms operating in different phases of colonial development, a unique situation for a bacterium.An ancient synteny was revealed between the central ‘core’ of the chromosome and the whole chromosome of pathogens Mycobacterium tuberculosis and Corynebacterium diphtheriae. The genome sequence will greatly increase our understanding ofmicrobial life in the soil as well as aiding the generation of new drug candidates by genetic engineering. （缩略图，点击图片链接看原图）阿维链霉菌Streptomyces avermitilis的全基因组序列Genome sequence of an industrial microorganism Streptomyces avermitilis: Deducing the ability of producing secondary metabolites Streptomyces avermitilis is a soil bacterium that carries out not only a complex morphological differentiation but also the production of secondary metabolites, one of which, avermectin, is commercially important in human and veterinary medicine. The major interest in this genus Streptomyces is the diversity of its production of secondary metabolites as an industrial microorganism. A major factor in its prominence as a producer of the variety of secondary metabolites is its possession of several metabolic pathways for biosynthesis. Here we report sequence analysis of S. avermitilis, covering 99% of its genome. At least 8.7 million base pairs exist in the linear chromosome; this is the largest bacterial genome sequence, and it provides insights into the intrinsic diversity of the production of the secondary metabolites of Streptomyces. Twenty-five kinds of secondary metabolite gene clusters were found in the genome of S. avermitilis. Four of them are concerned with the biosyntheses of melanin pigments, in which two clusters encode tyrosinase and its cofactor, another two encode an ochronotic pigment derived from homogentiginic acid, and another polyketide-derived melanin. The gene clusters for carotenoid and siderophore biosyntheses are composed of seven and five genes, respectively. There are eight kinds of gene clusters for type-I polyketide compound biosyntheses, and two clusters are involved in the biosyntheses of type-II polyketide-derived compounds. Furthermore, a polyketide synthase that resembles phloroglucinol synthase was detected. Eight clusters are involved in the biosyntheses of peptide compounds that are synthesized by nonribosomal peptide synthetases. These secondary metabolite clusters are widely located in the genome but half of them are near both ends of the genome. The total length of these clusters occupies about 6.4% of the genome. （缩略图，点击图片链接看原图）我是链霉菌研究的新手.目前主要做一些放线菌的分离和鉴定工作.我现在请教几个我在试验过程中的小问题,请多多指教:1.在放细菌分离之初我想用16S rRNA基因的序列作为分类鉴定的一个快速手段,当我测完几株放线菌的16S rRNA基因后用BLAST对测序结果进行分析时,结果显我所测的序列分别与数株已报道的链霉菌的16S rRNA基因序列的同源性为98%.对此我想知道,我所分离的链霉菌是一个新种的可能性有多大?如果两株链霉菌16S rRNA基因的序列同源性为100%是否能说明二者是同一个种呢?2.我在研究我所分的一株具有广谱抗菌活性的链霉菌过程中分离到该链霉菌不产生分生孢子的一个突变体,但其抗菌能力没有明显改变.不知道有没有对其继续深入研究的价值?孢子在链霉菌的次生代谢过程中占什么地位?3.我想从放线菌分离一些免疫调节类物质,不知有没有什么比较好的,主要是简便操作的筛选模型?谢谢!1.链霉菌16S rDNA基因序列的同源性一般作为定属的依据，同源性大于90%的两个菌株即可看作为同属。而种的确定，要根据链霉菌形态生理等特征，这个工作必须根据专门的放线菌分类手册来完成。因此：即使序列同源性为100%也不能作为同一个种的依据。2.不产生分生孢子但抗生素产生能力未变化的突变体我认为具有研究价值。深入研究可能发现分生孢子产生的某调控因子，但这首先需要对菌株基本特征进行深入研究。若能发现一个新的和链霉菌分化相关的调控因子，就是一篇PNAS。3.关于免疫调节类药物的筛选（这方面我了解不多）采用T和B淋巴细胞的增殖反应试验来筛选免疫调节药物T细胞和B细胞是两类重要的免疫活性细胞，前者主要中介细胞免疫功能，后者主要负责抗体生成。使其增殖能力加强的药物可用于免疫功能低下性疾病，如肿瘤、感染及衰老等。抑制其过度增殖的药物可用于某些自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮等，同时也能降低器官移植后的排异反应。淋巴细胞在有丝分裂原如PHA、ConA、LPS等的刺激下，其形态和代谢会发生一系列的改变，转化为母细胞并分化增殖。细胞内蛋白质和核酸的合成增加，同时释放多种细胞因子。如在培养液中加入3H－TdR使其掺入到新合成的DNA中，可以定量检测细胞内DNA的合成强度。首先谢谢bigboyong站友!还有一个小问题请教,对于不产生分生孢子链霉菌的保存用什么方法比较合适?另,在国内有对链霉菌进行到种鉴定的商业公司或研究机构吗?1.对于不产孢子的链霉菌的保充，我用甘油管（20%的甘油）冻存在-70度，也许冻干管保充的更长久些。(即使用的是常规的保存方法）2.中科院微生物所可以进行进行到种鉴定，收费。可以先打电话咨询。再请教一个问题,我有一株链霉菌在发离之初对多种G-,G+及芽胞杆菌有显著的抑制作用.但在实验室的不断传代过程中,我发现其抑菌功能已经完全消失.这应该是典型的菌种退化吧.我的问题是如果菌种发生退化后有没有什么方法将其恢复?另外,一般菌种的退化是渐变的还是从有到无的直接变化呢?抗生素产生菌在营养丰富的培养基中经过长期传代后,产抗能力往往会下降或消失，这是一个人们常常遇到的问题。理论上一株优秀的抗生素产生菌发生退化后是可以将其恢复的，把菌株接在一个能很好产生气生菌丝（或孢子）的培养基上，挑菌丝转接几遍也许就可以恢复产抗啦。防止菌株退化问题是工业微生物中的一个很重要的问题，迄今还没有一个普遍适合各种菌株的避免方法。一般应尽量避免在液体中长期传代；多注意菌株的复壮和保藏问题。链霉菌除具有复杂的形态分化特征外，还可以产生多种具有重要应用价值的次级代谢产物，这两个过程密切相关。因此，链霉菌存在着原核生物中罕见的庞大而复杂的调控网络。链霉菌在遗传水平有三个层次的调控，分别是：途径特异性调控、多效调控和全局调控。阐明这些调控网络将为利用代谢工程手段提高次级代谢产物的产量并对其进行结构改造奠定理论基础，还将有助于发现新的有价值的天然产物。放线菌、链霉菌和支原体 screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=530 height=184 title="Click to view full pic_50792.jpg (530 X 184)" border=0 align=absmiddle>即然链霉菌是放线菌的一种，那我在这就简单说一下放线菌。一、放线菌的形态、大小和结构 放线菌的形态比细菌复杂些，但仍属于单细胞。在显微镜下，放线菌呈分枝丝状，我们把这些细丝一样的结构叫做菌丝，菌丝直径与细菌相似，小于1微米。菌丝细胞的结构与细菌基本相同。 根据菌丝形态和功能的不同，放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群，其形态如下图所示。二、放线菌的繁殖 放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性孢子方式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子散落在适宜环境里发芽形成新的菌丝体；另一种方式是菌丝体的无限伸长和分枝，在液体振荡培养（或工业发酵）中，放线菌每一个脱落的菌丝片段，在适宜条件下都能长成新的菌丝体，也是一种无性繁殖方式。 三、放线菌的菌落 放线菌在固体培养基上形成与细菌不同的菌落特征，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取，当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落，由于基内菌丝和孢子常有颜色，使得菌落的正反面呈现出不同的色泽。放线菌的菌丝 screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=370 height=217 title="Click to view full pic_50792.jpg (370 X 217)" border=0 align=absmiddle> 放线菌的菌落特征 A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌； F：皱双孢马杜拉放线菌 screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=160 height=200 title="Click to view full pic_50792.jpg (160 X 200)" border=0 align=absmiddle>产抗菌素的放线菌的菌落特征A：卡特利链霉菌；B：弗氏链霉菌；C：吸水链霉菌金泪亚种；D：卡那霉素链霉菌；E：除虫链霉菌；F：生磺酸链霉菌 screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=456 height=600 title="Click to view full pic_50792.jpg (456 X 600)" border=0 align=absmiddle>部分链霉菌的拉丁文名称与中文名称:Streptomyces glaucus(Lehmann et Schütze emend Krassilnikov) Waksman 青色链霉菌 Streptomyces globisporus(Krassilnikov) Waksman 球孢链霉菌 Streptomyces globisporus(Krassilnikov) Waksman 球孢链霉菌Streptomyces griseolus(Waksman) Waksman et Henrici 浅灰链霉菌 Streptomyces griseus (Krainsky) Waksman et Henrici 灰色链霉菌 Streptomyces alboflavus (Waksman et Curtis) Waksman et Henrici 白黄链霉菌 Streptomyces antibioticus (Waksman et Woodruff) Waksman et Henrici 抗生链霉菌 Streptomyces aureofaciens Duggar 金霉素链霉菌 Streptomyces biverticillatus Preobrazhenskaya 双重轮丝链霉菌 Streptomyces chromogenes(Lachner-Sandoval emend Krassilnikov) Yan et al. 产色链霉菌 Streptomyces cinereogriseus (krainsky ss Krassilnikov) Yan et al. 烬灰链霉菌 Streptomyces coelicolor (Müller) Waksman et Henrici 天蓝色链霉菌 Streptomyces culicidicus Yan et al. 灭蚊链霉菌 Streptomyces erythreus (Waksman et Curtis) Waksman et Henrici 红霉素链霉菌 Streptomyces glaucus(Lehmann et Schütze emend Krassilnikov) Waksman 青色链霉菌 Streptomyces hygroscopicus (Jensen) Waksman et Henrici 吸水链霉菌 Streptomyces lavendulae (Waksman et Curtis) Waksman et Henrici 淡紫灰链霉菌 Streptomyces longisporoflavus Krass 黄色长孢链霉菌 Streptomyces luteocolor 藤黄色链霉菌 Streptomyces microflavus (Krainsky) Waksman et Henrici 细黄链霉菌 Streptomyces nigrificans (Wollenweber emend. Yan et Zhang) Yan et al. 黑化链霉菌 Streptomyces rimosus Sobin et al. 龟裂链霉菌 Streptomyces roseus 玫瑰色链霉菌 Streptomyces splendens (Yan et Deng) Yan et al. 华美链霉菌 Streptomyces thermophila 嗜热链霉菌kongxinzhuan wrote: 放线菌的菌落特征 A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌； F：皱双孢马杜拉放线菌 请问有没有典型的天蓝色链霉菌菌落的图片?链霉亲合素 (streptavidin，SA) SA是链霉菌在培养过程中分泌的一种蛋白质产物。1L培养液中约含SA 10-60mg，主要通过α亚氨基生物素琼脂糖凝胶亲和层析法提纯。SA的分子量为65KDa，内4条序列相同的肽链组成。如同亲合素一样，一个SA分子也能结合4个生物素分子，二者亲和常数亦为1015/mol。SA的每条肽链含159个氨基酸残基，其中赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸的含量比亲合素少，反之酸性氨基酸含量较多，因此SA是一种稍偏酸性的蛋白质，其pH为6.0，并且不带任何糖基。 近年来SA的克隆基因在大肠杆菌中的表达己获得成功。Sano等(1990)将构建的重组质粒转染细菌后．在加入适量外源生物素维持细菌生长的条件下，诱导5h，SA基因的表达蛋白占整个菌体蛋白的35％以上，用6mol/L盐酸胍透析(pH l.5)。可以获得近似均质的纯化SA，产量为3.9-6.5mg/100ml培养液，且活性良好。我不是搞微生物的，对于微生物学前沿了解的也不多，但看到这个话题之后，老毛病又犯了，忍不住参与进来： 链霉菌在分类地位上属放线细菌纲,放线菌目, 链霉菌科。它是一类胞壁类型为I型、革兰氏阳性 好气,G+C含量为69mol%～78mol%的放线菌。链霉菌具有广泛的物种多样性和代谢多样性,是重要的资源微生物。自20世纪40年代至今发现的12000余种微生物来源的新生理活性物质中,55%以上是由链霉菌产生的。 在对一个链霉菌进行基因改造时,首要的问题就是建立所研究菌株的基因转移系统,这是实现对其基因功能分析、生物合成基因簇定位、基因改造等一系列工作的基础。然而,有许多链霉菌,尤其是有实用价值的链霉菌在进行DNA转化时,均遇到很大困难。为克服这一困难,科研人员进行许多研究。通过分离内源性质粒、筛选噬菌体并通过 改造其结构而构建了许多有用的克隆载体。在方法学上也进行了许多有益的探索,建立了几种基因转移方法如转化、转导和接合转移等。 应当说,PEG-介导的质粒转化原生质体为链霉菌和相关放线菌的基因克隆提供了基础,这些程序提供了一种方法去克隆和分析包括抗生素生物合成基因在内的许多链霉菌基因,因此迄今为止仍是进行链霉菌和其它放线菌基因转移的主要方法。质粒载体和噬菌体载体系统的发展,为人们克隆或改造感兴趣的基因提供了更多的可供选择的手段。就方法学而言,接合转移和转导较为快捷和方便,原生质体转化因涉及到原生质体的制备和再生相对耗时 且工作环节多;但就应用范围而言,原生质体转化应用范围更广,可被用于鸟枪克隆和阻断变株随机互补实验,这在快速筛选目的基因方面有其它两种法所无法比拟的优势,而接合转移和转导在单基因操作方面更加方便。我现在也时在做链霉菌方面的工作，其中一方面是进行诱变，以提高抗生素的产量，但是在筛选的过程中，我觉着很盲目，只是用高氏一号培养基平板培养，然后再挑菌，在进行抑菌试验，工作量大，而且周期特别长，做得很郁闷，不知道各位同仁有没有好一点的办法，我查资料的时候看到好多用选择培养基，有些使用该链霉菌产生的抗生素加入到培养基中，好像就可以对未被诱变的菌株产生抑制作用，我的这一株菌的抗菌物质还为纯化，我能不能就直接用发酵液上清加入到筛选的平板中？这样做能行吗|？是不是很蠢的想法？看来链霉菌方面的研究是不太热门啊，我以前作过一段时间的工作，说说体会。是否能够直接将抗生素加入培养基中进行筛选，建议要具体分析。因为，抗生素是次级代谢产物，而链霉菌的生长条件和产次级代谢产物的条件往往不一致，你的目的是筛选高产菌株，而不仅仅是抗性菌株，感觉很难直接通过这样的方式获得高产菌株。直接加发酵液的方法有可能因为培养基中残余物的变化带来较大误差，克服方法建议：1）带空白发酵液对照；2）梯度稀释发酵液；3）离心后浓缩发酵液；4）根据具体抗菌物质的性质，采取有机溶剂粗提。纸上谈兵啊，欢迎就具体问题进一步切磋大家知不知道天蓝色链霉菌体内的PH值，以及体内的My2+,Na+,K+的浓度分别是多少。知道的一定告诉小弟。而且有没有人是搞链霉菌遗传的，链霉菌的调控蛋白一般可以储存在何种缓冲液中？我来参与交流！谈谈链霉菌育种的研究进展。当前链霉菌育种主要有基因突变与育种、基因工程与定向育种。1 基因突变与诱变育种利用理化因子提高碱基的突变频率,从各种突变中筛选有利突变的诱变育种是传统的育种方法。随着分子生物学的日益发展,诱变育种在链霉菌育种方面获得了新的发展。自发和诱发突变结合发酵筛选历来是最常用,也最直接有效的菌种选育手段。诱变育种结合培养条件的优化已使青霉素发素单位从最初的每毫升几百单位跃升到如今的8～9万单位。2 遗传重组与育种杂交,转化、转导和原生质体融合等遗传重组手段也已广泛地运用于工业菌种的选育。在链霉菌选育中,原生质体融合显得更为突出。原生质体融合技术具有以下几个方面的优点:杂交频率较高,频率达0.001～0.1；受接合型或致育性的限制较小;重组体种类较多等。应用这一方法获得的第一个新抗生素是吲哚佐霉素。种间或种内的菌株杂交也是一种较为重要的育种手段。通过杂交获得了一些新的抗生素如血苋霉素、新霉素等。3 基因表达调控与代谢调节育种链霉菌的次级代谢产物包括多种多样的抗生素,低分子量酶抑制剂、免疫调节剂、植物生长促进剂等一系列活性物质,这促使人们对其基因表达调控和代谢调节进行了大量研究。这些研究主要集中于抗生素生物合成的代谢调控的各个方面。4 基因工程与定向育种基因工程或者重组DNA技术的宿主载体系统首先是在大肠杆菌上获得应用的,并成功地表达了大量外源信息。随着DNA重组技术的不断发展,基因工程中的宿主载体系统也日益广泛。自从1980年首次报道链霉菌基因克隆以来,对于链霉菌的基因操作和它的应用研究正逐年增强。目前已有许多抗生素的生物合成基因,抗生基因,酶基因和外源基因在链霉菌克隆系统中成功地表达。诱变育种,遗传重组育种,基因表达调控与代谢调节育种,基因工程育种,反映了链霉菌育种随生物学发展而发展的历史阶段。前三种传统的育种方式虽然有弊端,但也具有菌种遗传稳定性高、简便、易行、安全等优点,仍然是链霉菌育种不可缺少的育种手段。同时基因工程育种是链霉菌育种的发展方向。薪火 wrote:看来链霉菌方面的研究是不太热门啊，我以前作过一段时间的工作，说说体会。是否能够直接将抗生素加入培养基中进行筛选，建议要具体分析。因为，抗生素是次级代谢产物，而链霉菌的生长条件和产次级代谢产物的条件往往不一致，你的目的是筛选高产菌株，而不仅仅是抗性菌株，感觉很难直接通过这样的方式获得高产菌株。直接加发酵液的方法有可能因为培养基中残余物的变化带来较大误差，克服方法建议：1）带空白发酵液对照；2）梯度稀释发酵液；3）离心后浓缩发酵液；4）根据具体抗菌物质的性质，采取有机溶剂粗提。纸上谈兵啊，欢迎就具体问题进一步切磋链霉菌方面的研究不该不是各热门呀。微生物制药方面的工作都会或多或少的和链霉菌打点交道。抗生素药物的一多半是放线菌产生的，产生抗生素的放线菌中有95％以上的是链霉菌。只要是做微生物次级代谢的人，就是不操作链霉菌，也肯定会看许多链霉菌的资料。可以说，只要做微生物次级代谢，就不能不了解链霉菌。但工业应用中许多东西都是机密，也许这是大家讨论少的缘故。^_^，大家还是可以把不保密的那部分拿来讨论讨论呀。关于通过筛选链霉菌抗性来达到提高链霉菌产生抗生素的问题，有许多这方面的报道，答案是肯定的。机理似乎还不是太清楚。是由于MLS抗生素的交叉耐药，还是次级代谢相关基因的表达本来是一家。。。。微生物次级代谢的问题仍然是个谜一样的东西。微生物微生物要发生次级代谢呢？不得而知。谢谢楼主开这个便于交流的好贴！链霉菌细胞破碎研究链霉菌的人有谁不做抗生素啊!天蓝色链霉菌代谢的基因组范围分析链霉菌是一种土壤丝状细菌，它们的一个显著特点是能产生多种抗生素，这些抗生素约占已知的微生物产生抗生素的一半以上。而抗生素种类繁多说明链霉菌的代谢具有复杂性，这篇文章首次对链霉菌的代表菌株天蓝色链霉菌进行基因组范围的代谢分析。 这些代谢分析是基于天蓝色链霉菌已经注释了的基因，以及生理和生化方面的信息。这些代谢分析结果包括819个生化反应以及152个转运反应，500个代谢物。这些反应涉及到711个开放读码框，占整个基因组的13%。在与另一种重要的已全测序的链霉菌阿维链霉菌的比较分析中，发现这些代谢相关基因是高度保守的，说明在天蓝色链霉菌中建立的代谢网络可以应用到其他的链霉菌中。 根据建立的代谢模型，作者可以推测出缺失任何一个反应对链霉菌的影响，以及进一步，作者建立了链霉菌的“核心”（core）反应。>中文学名：阿拉木图链霉菌 拉丁学名：S．almaataensis (Novogradsky, 1950)Krass．, 1970 形态特征：孢子丝5-8圈螺旋形，圈径8-10微米。孢子卵圆形、球形，表面光滑或粗糙。基丝蓝色，色素透入培养基。在硝酸盐合成培养基上蓝色最强。气丝微白色带蓝色调或蓝白色。 性状特征：克氏合成1号琼脂、淀粉铵盐琼脂：气丝好，蓝色或微白色带蓝色调。基丝和培养基暗蓝色。石蜡克氏合成1号琼脂(无糖)：气丝微白色。基丝好，蓝色。可溶色素蓝色。肉汤蛋白胨琼脂：无气丝。菌落小，染色弱或无色。 利用葡萄糖、阿拉伯糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、甘油、甘露醇；不利用乳糖、棉子糖、肌醇、醋酸钠。牛奶不凝固，弱胨化。纤维素上不生长。形成色素最好的氮源是硝酸钾、甘氨酸、天冬素、蛋白胨而非硫酸铵和酪氨酸。抑制革兰氏阳性细菌以及青蓝、石蕊杀菌素、绿色、紫色、链霉素 讨 论：研究菌株：16，17和19号，分离自阿拉木图附近土壤。中温好气菌，见于苏联土壤。 按语：此菌原名天蓝色链霉菌，归蓝色或青色类群。链霉菌发育与分化的分子调控聂丽平 谭华荣*(中国科学院微生物研究所, 北京 100080. * 联系人, Email:
[email protected]) 发育分化是现代生物学中一个富有挑战性的前沿领域. 链霉菌具有复杂的形态分化周期, 从孢子萌发、气生菌丝产生到孢子形成, 每一个生长阶段都具有明显的形态特征, 为形态分化突变株的鉴定、分化基因的互补克隆和时空表达研究提供了有利的条件. 链霉菌的这一特点, 是枯草芽孢杆菌、黄色粘细菌等原核生物无可比拟的. 此外, 链霉菌具有复杂的生理分化过程, 其产生抗生素的能力尤为引人注目, 在目前已知的约12 000种抗生素中, 一半以上是由链霉菌产生的, 其中包括许多在人类医药及农业上具有重要用途的抗生素. 对这些抗生素生物合成途径中基因表达调控机制的研究, 将有助于优化链霉菌生产菌株及新型药物研究. 链霉菌与构巢曲霉等真核生物相比, 遗传物质结构简单, 便于分化基因表达调控的研究; 但是, 作为原核生物, 链霉菌基因组具有许多非同寻常的特性, 染色体一般为线状, 基因组较大, 基因数目较多[1]. 链霉菌中数目众多的基因, 不仅是其独特的分化周期的分子基础, 而且暗示其分化过程的基因表达调控可能是错综复杂的.在国际上, 英国John Innes研究所的Hopwood等人[2]率先开展了链霉菌分化的遗传学研究. 链霉菌分化包括形态分化和生理分化, 其中, 与链霉菌形态分化有关的基因主要有两类, 即: 光秃型基因(bld)和白基因(whi). 光秃型基因与链霉菌气生菌丝形成直接相关. 到目前为止, 已知的光秃型基因至少有12个. 其中, bldA是最早被克隆的一个光秃基因[3], 它是控制气生菌丝形成的细胞外信号传递系统中的一个成员, 这个信号传递系统至少涉及7个不同光秃基因(bld261, bldK, bldA/bldH, bldG, bldE和bldD)的有序表达和一个小分子细胞外蛋白质(Sap的合成[4]. 在天蓝色链霉菌中bldA编码一个可以有效地翻译稀有亮氨酸密码子UUA的tRNA. 已知在营养期中表达的基因中均不含TTA密码子, 只有少数在对数初期表达的基因(如actⅡ- ORF4, redZ和strR等)中含有此密码子. bldA在翻译水平上控制着含有稀有密码子TTA的基因的时空表达. 正在进行的天蓝色链霉菌基因组计划揭示[1], 含有TTA密码子的基因数目超过100个, 因此可能构成了一个由bldA控制的庞大的基因调控元, 毫无疑问, 它在链霉菌分化的多水平级联调控系统中将具有重要的作用. 白基因是一大类与链霉菌孢子形成有关的分化基因. 在已知的白基因中[5], 已有多个被克隆(其中包括whiG, whiH, whiB, whiD, whiE和whiI等). 基因功能研究表明, 它们的编码产物为调控蛋白和sigma因子. whiG是决定孢子形成的关键基因, 控制着发育过程中一个十分重要的开关. 此外, whiB可能控制着一个不依赖于whiG的发育决定点[6]. 白基因的表达调控机制十分复杂, 包括白基因的自身调控(whiH, whiI)和白基因之间的相互调控(whiH, whiI). 值得注意的是, 在链霉菌孢子形成过程中, 有类似于枯草芽孢杆菌内孢子形成过程中存在的sigma因子级联调控系统. 最近, 链霉菌中抗sigma因子的发现[7], 提示抗sigma因子与sigma因子之间的相互作用亦是分化调控的一种方式.链霉菌分化调控的复杂性不仅表现在形态分化方面, 同时也表现在生理分化方面. 在链霉菌中, 大多数抗生素生物合成基因是成簇排列的, 它们的表达受途径特异的转录激活子的控制, 而这些转录激活子又是多效性调节基因(如bldA)或多效作用因子(A-因子, cAMP和ppGpp等)的作用靶位点. 灰色链霉菌的A-因子是研究最深入的多效作用因子之一. 它与灰色链霉菌气生菌丝的形成及链霉素的生物合成直接相关. A-因子的合成受复杂的信号传递系统控制, 其中包括AfsK-AfsR组成的蛋白激酶-调控蛋白双元调控系统[8]. 最新的研究结果揭示, 在真核生物碳代谢中起信号分子作用的cAMP和ppGpp, 在链霉菌中可能作为碳代谢和分化调控的双重开关发挥着重要的作用[9,10]. 另外, sigE在次级代谢中的调控作用揭示, RNA聚合酶的多样性及启动子的***排列方式, 可能是链霉菌不同发育时期基因选择性表达的分子基础[1]. 综上所述, 在链霉菌的分化过程中多种调控系统共同构成了一个复杂的调控网络. 对抗生素生物合成基因的结构与功能研究, 特别是对聚酮类抗生素生物合成基因的研究[11], 已为获得新的抗生素或生物活性物质开辟了一条新的途径.本实验室从90年代初期开始在国内率先开展了链霉菌分化的分子遗传学研究, 分离了大量的圈卷产色链霉菌形态分化突变株和抗生素生物合成阻断突变株, 并建立了遗传转化系统. 自1991年在国际上首次克隆到了天蓝色链霉菌中两个发育控制的启动子PTH4和PTH270后[12], 近年来, 对两个启动子所控制的下游基因的表达调控进行了一系列的研究[13]. 另外, 在圈卷产色链霉菌分化的分子遗传学方面进行了大量的研究, 取得了可喜的成果. 到目前为止, 已完成了圈卷产色链霉菌基因组物理图谱和cosmid基因文库的构建. 与尼可霉素生物合成有关的完整基因簇已被克隆, 全序列分析可望在近期内完成. 其中sanA, sanB和sanF等基因的结构与功能研究表明, 这些基因是尼可霉素生物合成所必需的[14]. 此外, 本实验室还克隆到了一系列形态分化相关基因(saw1, sawB, sawC, sawD, scrX和samf1等)[15,16], 它们在分化过程中的作用已被证实. 在分子水平上研究链霉菌分化基因的结构与功能, 旨在阐明分化过程中基因表达调控的分子机理, 弄清抗生素生物合成与形态分化的相互关系, 这不仅可以极大地丰富人类对于生命现象的认识, 同时可为定向改良抗生素生产菌和创造新的抗生素提供重要的理论依据和指导.有学者发现，在天蓝色链霉菌A3（2）的染色体上找到支配A因子（是链霉素合成和细胞分化必需的自身调节因子）产生的基因afsB（是放线红素的调控基因），并组装在PIJ41质粒上，在变青链霉菌中进行克隆，此时该菌能大量产生原来并不产生的放线紫红素及十一烷灵菌红素。这可能是afsB激发了变青链霉菌中合成上述两种抗生素的沉默基因之故。巴龙霉素是由Streptomyces rimosus fosma paromomyconus产生的;新霉素是由Streptomyces fradiae产生的;卡那霉素是由Streptomyces kanamyceticus产生的;氯霉素是由Streptomyces venezuela产生的;金霉素是由Streptomyces aureofaciens产生的；土霉素是由Streptomyces rimosus产生的；红霉素是由Streptomyces erythreus产生的;利福霉素是由Streptomyces mediterranei产生的；自力霉素是由Streptomyces caespitosus产生的；博莱霉素是由Streptomyces uerticillus产生的；多氧霉素是由Streptomyces cacaoivar.asoensis产生的.DNA大分子上一种新的硫修饰邓子新 周秀芬..自从Waston-Crick阐明了作为生命中枢的DNA大分子的结构以来,生物学的发展不断发生着质的变化和飞跃。尤其是在分子生物学的带动下，新学科，新领域不断诞生，新成果层出不穷，以至于到了廿世纪九十年代，人们开始预言：廿一世纪将成为生物学世纪。 对DNA大分子的研究，是生物学科最为引人注目的研究领域之一，因为DNA是生命的物质基础, 由五种元素(C,H,O,N,P)所构成的四种核苷酸序列编码着自然界千变万化的遗传现象，贮存着生物界无穷无尽的遗传信息资源。在与DNA研究有关的重大成果中，DNA甲基化限制修饰系统作为对DNA结构的第一个补充,十分引人注目。它作为生物体保护自身遗传稳定性的机制, 在基因表达、DNA误配修复,限制和修饰酶的重要应用等方面的作用无疑对分子生物学的发展具有里程碑的贡献，从而导致的新成果至今仍不断涌现,专论和专著已不计其数。DNA修饰作为分子生物学科的一个专门领域，世界上为此倾注毕身精力的科学家数以万计。除甲基化修饰以外,至今在构成生命物质基础的DNA上尚未发现其它形式的重要修饰。最近,在变铅青链霉菌等微生物基因组中, 我们发现了一种新的DNA修饰系统的存在,并证明有元素硫 (S) 的掺入(Zhou et al., Molecular Microbiology, 57(5):1428-1438, 2005)。这是一种位点特异性的修饰，硫修饰后的DNA在电泳过程中会发生降解,其现象被命名为Dnd （DNA degradation）。其基因被定位在一段8kb的DNA序列上。生物信息学分析揭示出5个成簇排列的基因，被命名为dndABCDE, 后4个基因组成一个操纵子，与 dndA转录方向相反。dnd基因簇既可以在变铅青链霉菌dnd缺失突变株中表达也可以在不同属的其它放线菌如南昌链霉菌，小小链霉菌和小单孢菌中异源表达。中断dnd基因使得Dnd表型丧失，回补被中断的基因又可以恢复其表型。根据5个开放阅读框可能的编码功能可推导出硫元素或含硫化合物掺入到DNA大分子上的可能途径,并初步提出了生化模型。参与DNA硫修饰的DndA蛋白和tRNA硫修饰的IscS蛋白具有高度的同源性，后者具有半胱氨酸脱硫酶的活性，这暗示了DndA可能是一个脱硫酶；DndC与硫酸腺苷转移酶的同源区域形成了一个具有腺苷化功能的结构域，同时还发现一个与腺苷化特异性相关的P-loop，这一点与tRNA硫修饰中另一基因 (ThiI) 的功能十分吻合, 可能具有活化被修饰的鸟苷的功能。硫修饰不大可能是简单的由羰基变为硫代羰基即完成修饰，而更有可能与另一化合物羧合成一个复杂的含硫碱基，羧合过程可能是由DndE来完成，因为它与A. variabilis中嘌呤合成途径中必需的磷酸核糖氨基咪唑羧合酶 (NCAIR) 同源。这一羧合步骤是需要ATP酶来提供能量的，而DndD这个与DndE偶合的类似SMC的 ATP酶，则可能偶联在一起来起这个作用。DndB蛋白则可能编码了决定修饰位点特异性的功能，它的产物与参与DNA修复功能的ATP酶和一组转录因子具有同源性。发现这种Dnd表型在其有不同起源和不同生活环境的一些动、植物病原菌, 抗生素产生菌等微生物中广泛存在,其中主要的微生物包括P. fluorescens, P. aeruginosa, E. coli, K. pneumoniae, E. cloacae, S. marcescens, Acinetobacter spp. Salmonella spp., C. difficile, C. botulinum, M. smegmatis, S. acrimycini 2236 and V. parahaemolyticus等菌株。另外，在Sargasso海采集的海洋样本的环境DNA（eDNA）中也发现了众多与dnd同源的基因，暗示硫修饰可能在海洋微生物中普遍存在。在已测序的几种代表性细菌和环境DNA中，dnd基因簇的结构和排列非常类似，这一点也暗示了此修饰系统是一种普遍的现象。放射性同位素（35）S体内喂养试验证明：在几种代表性的细菌中，DNA 降解的表型和DNA的硫修饰是关联的。值得一提的是：在变铅青链霉菌中, dnd基因簇在其近缘链霉菌(天蓝色链霉菌)中不存在，而且其G+C百分含量(65.65%)明显低于天蓝色链霉菌基因组的G+C百分含量(72.12%),但与假单孢菌和分枝杆菌的G+C百分含量较接近，己证明dnd基因簇位于一个平行转移的基因岛上，而天蓝色链霉菌正好缺乏这一基因岛。这都说明了dnd基因簇可能并非起源于链霉菌，它可能在不同的生物中平行转移。所以我们提议: 对dnd基因簇生物学意义的研究虽最早在链霉菌中发现, 但不应只局限于链霉菌，而应在广泛的生物系统中广泛地研究诸如细菌的致病性、生长速率、抗逆反应、细胞寿命与凋亡以及代谢调控等方面的可能影响，来拓展我们对这一全新现象生物学意义的认知水平。此外，在真核或高等生物中探索此修饰系统存在与否或对重要生物学功能的影响也可能是这个新领域中新的学科生长点。在DNA上发现元素硫的存在可能构成对DNA结构又一新的补充,正打开一个了新的学科领域,为从遗传、生理、生化、结构生物学和化学等领域协作攻关并从根本上揭示DNA硫修饰的本质提供了新思路。 DNA硫修饰后新结构的最终阐明将丰富分子生物学的基础理论, 也可能推动相关生物学领域(如了解DNA损伤，包括癌症治疗因子的作用机理等)的研究。如同甲基化的修饰(以前已知的唯一DNA修饰)导致了一系列新的发现一样，DNA上硫修饰的发现也可预期产生分子生物学领域新的“信息”流。目前，已拥有变铅青链霉菌硫修饰基因(簇)及一系列突变株, 奠定了进行体外基因表达，研究酶学功能等的条件, 也为最终从分子水平上阐明修饰的化学本质和生物学意义奠定了良好的基础。人们公认，微生物学科的发展，对生物学基本理论的创立和发展有着不可磨灭的功绩。“硫化”DNA的发现，再次强化了这一结论，对新时期微生物学的发展应该有新的启示，也应产生新的动力。 微生物学科的发展，对生物学基本理论的创立和发展有着不可磨灭的功绩。“硫化”DNA的发现，再次强化了这一结论，对新时期微生物学的发展应该有新的启示，也应产生新的动力。邓子新实验室的顶级结果之一，发表在Molecular Microbiology上。有兴趣的战友可以去看一下。Molecular Microbiology, 57(5):1428-1438, 2005
