植物Ⅲ型聚酮合酶(Polyketide synthases,PKSs) 催化形成一系列结构迥异、生理活性不同的聚酮类化合物的基本骨架结构,是聚酮类化合物生物合成途径的关键酶.目前已从植物中克隆和鉴定了多种功能不同的Ⅲ型 PKSs.定点突变技术是研究蛋白质结构与功能之间复杂关系的重要方法.文中综述了近年来基于定点突变的植物Ⅲ型 PKSs 结构与功能关系的研究进展,包括利用定点突变技术修饰各种可能影响植物Ⅲ型 PKSs 结构的氨基酸残基,来研究其对功能的影响(如控制起始底物的特异性、缩合反应次数以及中间产物环化方式),以期为植物Ⅲ型PKSs结构与功能关系的研究提供参考.

植物III型聚酮合成酶(PKS III)在植物次生代谢产物生物合成中起着非常重要的作用.本研究从7种蔷薇科果树中共鉴定出57个PKS家族成员,随后进行种间比较基因组学分析.基因结构和保守基序分析表明,57个PKS多数由两个外显子和一个内含子组成,都具有PKS特有的保守结构域Chal-sti-synt-N和Chal-sti-synt-C.进化分析显示,57个PKS可明显分为4个亚家族,其中I亚家族成员数目最多.染色体定位及基因复制事件表明,PKS不均匀地分布在2～5条染色体上,且PKS家族进化过程主要受纯化选择作用.荧光定量分析发现,PbPKS4和PbPKS5表达模式与'砀山酥梨'(Pyrus bretschneideri cv. 'Dangshan Su')不同发育时期果实中木质素及石细胞含量变化趋势类似,因此推测这2个基因在梨果实木质素合成及石细胞发育过程中发挥一定作用.本研究为今后研究蔷薇科果树PKS家族建立了基础,也为从分子水平改善梨果实品质提供了理论依据.

聚酮化合物是一大类结构各异并具有不同生物活性的天然产物,具有重要的药用价值.植物Ⅲ型聚酮合酶(polyketide synthases,PKSs)是植物中聚酮化合物生物合成的关键酶,主要通过催化初始酰基底物和二碳酰基单元的乙酰基发生一系列的缩合反应合成聚酮化合物骨架结构.该文简要概述了植物Ⅲ型聚酮合酶的催化机制、功能改造、表达调控及其分子进化等方面的研究进展.

4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮(2-吡喃酮)及其衍生物是一类重要的植物次生代谢产物,具有抗虫、抗真菌等功能,在工业上可用于生产可再生化学平台间苯三酚和l,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯.2-吡喃酮合酶(2PS),一种Ⅲ型聚酮合酶(PKSs),是合成2-吡喃酮的关键酶.本研究以中药材虎杖(Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc)为材料,从中分离鉴定了一种新的2-吡喃酮合酶(Pc2PS).Pc2PS与已知的几种2PSs的氨基酸序列相似性为54％～56％.通过体外酶促反应鉴定功能发现,Pc2PS可以催化1分子乙酰-CoA与2分子丙二酰-CoA,缩合生成4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮;也可以只利用3分子丙二酰-CoA,以相同的效率缩合生成2-吡喃酮.由此可以看出,乙酰-CoA存在与否并不影响该酶的催化效率.随后,我们测定了Pc2PS以丙二酰-CoA为单一底物时的酶动力学参数.虽然之前报道的2PSs也可以只利用丙二酰-CoA生成2-吡喃酮,但与Pc2PS不同的是,乙酰-CoA的缺失会大大降低催化效率.另外,对Pc2PS基因的组织表达特异性检测结果表明,该基因主要在虎杖根中表达,在叶中的表达量很低.本研究丰富了2PS的种类,并为2-吡喃酮的生物合成提供了基因资源.

[目的]从3种红树林植物根际沉积物中分离和鉴定放线菌,进行抑菌活性初筛获得目标菌株并研究其次级代谢产物.[方法]使用5种培养基对红树林植物根际沉积物放线菌进行分离,采用16S rRNA基因序列比对的方法研究沉积物中的放线菌多样性,结合抑菌活性筛选获得目标菌株后进行放大规模发酵和分离鉴定次级代谢产物,根据生物合成基因簇定位和分析对化合物的生物合成途径进行推导.[结果]从3种红树林植物根际沉积物中分离得到放线菌49株,包括链霉菌属(Streptomyces)31株、小单孢菌属(Micromonospora)14株、小双孢菌属(Microbispora)、链孢子囊菌属(Streptosporangium)、野野村氏菌属(Nonomuraea)和糖单孢菌属(Saccharomonospora)各 1株.获得粗浸膏抑菌活性较好的菌株Streptomycessp.SCSIO 40067,从中分离鉴定了 6 个 α-吡喃酮类化合物:germicidin A-C、germicidin I和isogermicidin A-B,并首次报道了 germicidin A的晶体结构.从菌株SCSIO 40067基因组中定位到了 germicidins的Ⅲ型聚酮合酶生物合成基因簇,结合文献对6个germicidins类化合物的生物合成途径进行了推导.[结论]湛江高桥红树林根际沉积物中的放线菌具有多样性,包含潜在的新物种和天然产物资源.菌株Streptomyces sp.SCSIO 40067具有α-吡喃酮类化合物的生产潜力.上述研究为后续工作提供了良好的实验材料.