基因組測(cè)序在海洋微生物天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用
通過(guò)基因組測(cè)序獲得的大量生物學(xué)信息,可以分析菌株的次級(jí)代謝潛能,快速發(fā)現(xiàn)可能的新天然產(chǎn)物生物合成基因簇。由于許多次級(jí)代謝產(chǎn)物均由組裝成模塊的多功能合酶PKS/NRPS所催化,且往往與調(diào)節(jié)基因和抗性基因相連成簇,因此通過(guò)對(duì)PKS/NRPS中結(jié)構(gòu)域的分析,可預(yù)測(cè)新聚酮和非核糖體多肽的大致化學(xué)結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵條件或采用異源生物合成等方式,最終促使“沉默”的基因簇得到表達(dá),從而獲得新的天然產(chǎn)物。Udwary等測(cè)定了Salinispora tropica CNB-400中5183331bp的環(huán)狀基因組序列,經(jīng)生物信息學(xué)分析,找到了17個(gè)次級(jí)代謝生物合成基因簇,這些基因簇的總長(zhǎng)度大約518kb,占基因組容量的10%左右。這是在已測(cè)序的微生物中,次級(jí)代謝相關(guān)基因所占比例最大的菌株。而到目前為止,從該菌株中分離得到的化合物僅有salinosporamides、sporolides、lymphostin和salinilactam。此外,從這17個(gè)次級(jí)代謝相關(guān)的生物合成基因簇中,分別發(fā)現(xiàn)了desferrioxamine、yersiniabactin和coelibactin相似的生物合成基因簇。需要說(shuō)明的是,基因組測(cè)序和化合物結(jié)構(gòu)解析對(duì)化合物的鑒定是相輔相成的,如在大環(huán)聚烯化合物salinilactam的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中,基因組測(cè)序獲得的信息加快了該化合物結(jié)構(gòu)的解析;而結(jié)構(gòu)的最終確定反過(guò)來(lái)也揭示了相關(guān)化合物生物合成基因簇的排列方式,有助于人們了解海洋放線菌的次級(jí)代謝能力及闡述其與海洋環(huán)境相適應(yīng)的生理特性。隨著基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和成本的降低,越來(lái)越多的海洋微生物中次級(jí)代謝生物合成基因簇及其相關(guān)的新產(chǎn)物將會(huì)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。
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