微生物遗传-7-放线菌遗传.ppt

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1、2、放线菌遗传2.1放线菌概况（Actinomycete）放线菌因菌落呈放线状而的得名。属原核生物，主要以孢子繁殖。链霉菌主要由菌丝和孢子两部分结构组成根据菌丝的着生部位、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孢子丝的形状有直形、波曲、钩状、螺旋状，螺旋状的孢子丝较为常见放线菌的应用生产抗生素分解纤维素，产维生素和酶生物固氮，用于菌肥，可改善土壤固废填埋，堆肥发酵降解难降解有机物：石油脱蜡、烃类发酵、脱磷脱硫、分解氰化物等。有重要应用价值的放线菌链霉菌属（Streptomyces）

2、共约1，000多种，研究表明，抗生素主要由放线菌产生，而其中90%又由链霉菌产生。诺卡氏菌属（Nocardia）诺卡氏菌主要分布于土壤。现已报导100余种，能产生30多种抗生素，有些诺卡氏菌用于石油脱蜡、烃类发酵以及污水处理中分解腈类化合物。小单孢菌属（Micromonospora）大多分布在土壤或湖底泥土中，堆肥的厩肥中也有不少。此属约30多种，也是产抗生素较多的一个属。2.2链霉菌基因组基本信息及其特点链霉菌属的代表种天蓝色链霉菌(streptomyces.coelicolor)的全基因组测序于2001

3、年7月在英国剑桥Sanger中心完成。这是放线菌中第一个完成全基因组测序的种。随着更多数据的补充，链霉菌基因组的研究将更加深入第15届国际放线菌生物学大会2009年5月会议主要涉及放线菌生物学研究的现状及其进展，内容包括：组学、天然产物与生物合成、系统学与多样性、形态分化、放线菌生物技术与生物工程、病原放线菌、组合生物合成与途径改造、生理与遗传、调控网络、放线菌与环境、放线菌挖掘等研究领域。2.3链霉菌染色体及其结构特点链霉菌的基因组染色体呈线状，是目前已知的最大的原核生物基因组。oriC位于染色体中央，

4、双向复制基因组基本信息S.coelicolord的基因组全长8.67Mbp7825个放阅读框架，其数量约为原核生物E.coli的两倍，比真核酿酒酵母的基因组6200个ORF还多。基因平均长度1.14Kb；“一区两臂”结构线性染色体包含一个约5Mb的“核心区”，以及大约1.5Mb的“左臂”和2.3Mb的“右臂”。两“臂”长度不等。在较长的右“臂”上存在大量转移因子，导致其基因信息量的扩大。链霉菌“核心区”富含行使重要细胞功能的基因，不对称分布在复制起点oriC周围，其基因和基因次序具有很高的保守性两“臂”主要

5、含“次重要”基因，保守性较弱与作为病原体的放线菌的基因组进行比对，发现S.coelicolor的核心区”中的保守基因存在于这些病原体的全基因组中，表明链霉菌“核心”区来源于放线菌的共同祖先，推测其两“臂”是在进化过程中通过基因水平转移形成的染色体末端的高度不稳定性链霉菌染色体的末端存在大量反向重复序列（terminalinvertedrepeats,TIRs），24-600Kb这些TIRs在链霉菌发育过程中会经受缺失、扩增，甚至环化。但这种染色体DNA两端经受广泛的缺失或扩增并不影响生物体的生命力.这种染色

6、体末端的不稳定性是链霉菌基因组的独特性之一，并可能在进化中行使重要作用。富含次生代谢基因簇链霉菌中某一特定次生代谢途径相关的基因通常以基因簇（cluster）的形式存在线状染色体上。台勾霉素的生物合成基因簇S.coelicolor的基因组中有23个参与形成次生代谢产物的基因蔟，约占基因组总量的5%。典型的次生代谢途径基因簇长度约为15-120Kb，还包含调控和抗性基因，仅极少数抗性基因甚至合成基因不在同一基因簇中。链霉菌基因组分析显示，其所编码的次生代谢途径远比我们目前已知的要多，但不同种中编码类似代谢物的

7、同源基因具有保守性。富含编码调控蛋白的基因S.coelicolor能编码965种蛋白参与遗传调节，占整个基因组的12.3%。链霉菌这种基因组构成特点与其生存在高度竞争的土壤环境中相适应。2.3链霉菌的质粒大多链霉菌都含有质粒，几乎都是自主转移质粒，有线性和环状两种线性质粒：两端由TIR和5’末端蛋白，如SCP1、pSLA2等致死接合反应：当SCP2转移至SCP2-菌株后，导致SCP2-暂时发育迟缓，产生环状晕圈，即麻点。2.4放线菌的基因转移转化：PEG-介导的质粒转化原生质体，是进行链霉菌和其它放线菌基因

8、转移的主要方法接合转导2.5应用：新化合物的合成发现“沉默”次生代谢途径基因组扫描方法分析提前终止合成途径，可获得更小碳架的化合物；去掉修饰酶，如环化酶、芳香化酶等改变基因簇中合成酶的线性排列顺序去掉某些合成酶应用：碳流量与次生代谢的关系一种链霉菌中往往存在多条代谢途径均能利用的共同前体。因此，可以敲除或失活那些竞争共同前体的代谢途径基因簇，或降低其表达水平，使共同前体代谢物尽可能多地“流经”目标产物代谢途径，提