【摘 要】
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麦角硫因作为一种稀有的天然手性氨基酸,其主要由放线菌、甲基杆菌、蓝藻、泥生绿菌和一些真菌(特别是担子菌门和子囊菌门)合成,是机体内重要的生物活性物质,具有清除自由基、解毒、保护DNA免受金属离子的氧化损伤,维持细胞的正常生长和细胞免疫以及防止紫外线辐射损伤等多种生理功能。由于其具有重要的生物学功能和药理作用,在化妆品和保健品等行业具有重要的应用前景。麦角硫因生物合成途径表征最初于2010年在耻垢分
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(31772373:蛹虫草麦角硫因及其生物合成基因的功能和作用机制研究);
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麦角硫因作为一种稀有的天然手性氨基酸,其主要由放线菌、甲基杆菌、蓝藻、泥生绿菌和一些真菌(特别是担子菌门和子囊菌门)合成,是机体内重要的生物活性物质,具有清除自由基、解毒、保护DNA免受金属离子的氧化损伤,维持细胞的正常生长和细胞免疫以及防止紫外线辐射损伤等多种生理功能。由于其具有重要的生物学功能和药理作用,在化妆品和保健品等行业具有重要的应用前景。麦角硫因生物合成途径表征最初于2010年在耻垢分枝杆菌中完成表征,研究表明其生物合成途径由五基因簇(Egt A-E)负责,2014年,真菌麦角硫因生物合成途径表征在粗糙脉孢菌中完成,研究表明Nc Egt1(NCU04343)和Nc Egt2(NCU11365)两个酶负责粗糙脉孢菌中麦角硫因的生物合成。随着体外表征实验的完成,使通过代谢工程大规模发酵生产麦角硫因成为了可能。侧耳类食用菌作为我国重要的菌物资源,含有丰富的生物活性物质,例如麦角硫因、洛伐他汀等。目前,平菇、白灵菇、杏鲍菇麦角硫因相关合成酶尚未被挖掘,随着对平菇、白灵菇、杏鲍菇等侧耳属食用菌全基因组测序的完成,为这些生物活性物质合成酶基因的挖掘以及功能验证提供了非常便利的手段,同时也为这些生物活性物质的开发与利用奠定了基础。本研究利用已报道的粗糙脉孢菌麦角硫因合成酶Nc Egt1、Nc Egt2编码基因氨基酸序列为模板,通过NCBI运用blastp和blastn进行同源性检索,并结合相关生物信息学分析工具从侧耳属食用菌平菇、杏鲍菇、白灵菇的全基因组序列中挖掘出与麦角硫因生物合成相关的基因,结合PCR、单酶切线性化以及同源重组等方法成功构建了大肠杆菌工程菌株和酿酒酵母工程菌株,相关实验结果如下:(1)成功构建了大肠杆菌表达载体p ET32a-Po Egt1、p ET32a-Po Egt2、p ET32a-Pt Egt1、p ET32a-Pt Egt2、p ET32a-Pe Egt1、p ET32a-Pe Egt2和酿酒酵母表达载体p RS42K-TEF1p-Po Egt1-CYC1t、p RS42K-TEF1p-Po Egt2-CYC1t。(2)克隆得到的平菇、杏鲍菇、白灵菇PEGT1重组酶联合PEGT2重组酶,在含有自身菌体蛋白以及SAM、PLP和Fe2+存在的反应体系下,能够将底物组氨酸、半胱氨酸催化生成产物麦角硫因。(3)在大肠杆菌表达系统中,侧耳属食用菌PEGT1重组酶和PEGT2重组酶均主要以包涵体的形式表达。(4)通过大肠杆菌全细胞催化和显著性分析表明,所克隆的平菇Po Egt2重组酶对麦角硫因的合成不具备促进作用。(5)通过联合酵母自身菌体蛋白以及SAM、PLP和Fe2+存在的酶促反应研究表明,单独转化p RS42K-TEF1p-Po Egt1-CYC1t表达质粒的酿酒酵母培养后,在添加底物组氨酸、半胱氨酸的反应体系下能够合成麦角硫因。
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