糖丝菌属次级代谢潜能分析及代表菌株基因编辑体系建立

作     者：李栋 范可强 胡会涛 潘国辉 LI Dong;FAN Keqiang;HU Huitao;PAN Guohui

作者机构：中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101 中国科学院大学存济医学院北京101408 

出 版 物：《微生物学通报》 (Microbiology China)

年 卷 期：2024年第51卷第7期

页      面：2614-2629页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 071005[理学-微生物学] 090102[农学-作物遗传育种] 10[医学] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFC2303100) 国家自然科学基金(32070067) 

主　　题：糖丝菌 次级代谢 天然产物 生物合成基因簇 基因编辑 

摘      要：【背景】稀有放线菌是发掘天然产物的“新矿藏。糖丝菌(Saccharothrix)作为典型的稀有放线菌,其天然产物生产潜能尚需进行系统分析和发掘。此外,针对糖丝菌的基因编辑体系也鲜有报道。【目的】揭示糖丝菌属稀有放线菌合成不同结构类型天然产物的潜能,并建立代表菌株的基因编辑体系,推动新结构天然产物发现及相关生物合成研究。【方法】通过多位点序列分析(multi-locus sequence analysis,MLSA)方法评价已公布的34个糖丝菌基因组之间的相似度,利用antiSMASH分析基因簇及其合成产物的结构信息,并使用BiG-SCAPE对基因簇进行聚类分析。选择代表菌株澳大利亚糖丝菌(Saccharothrix australiensis)DSM43800和紫丁香糖丝菌(Saccharothrix syringae)NRRL B-16468,以整合型载体和基因敲除载体为工具,建立接合转移及基因编辑体系。【结果】对34个糖丝菌基因组的分析显示,共发现了1348个天然产物生物合成基因簇,平均每个基因组含有约40个基因簇。其中,合成聚酮、非核糖体肽、聚酮-非核糖体肽杂合产物,以及核糖体合成和翻译后修饰肽类天然产物的基因簇丰度较高。这1348个基因簇聚类成852个基因簇家族(gene cluster family,GCF),进一步聚集成130个基因簇集团(gene cluster clan,GCC)。本研究建立并优化了适用于澳大利亚糖丝菌和紫丁香糖丝菌的接合转移操作体系,并建立了2个代表菌株的基因编辑体系,获得了相应的突变菌株。【结论】糖丝菌作为稀有放线菌,其基因组内富含天然产物生物合成基因簇,展现出合成众多结构类型天然产物的强大潜能,尤其是聚酮与聚肽类天然产物。我们成功实现了对糖丝菌基因组的精准编辑,为深入研究基因簇及其合成的天然产物奠定了坚实的基础。